特許 7685616 光コンバイナ、及びレーザシステム

(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】2025-05-21

(45)【発行日】2025-05-29

(54)【発明の名称】光コンバイナ、及びレーザシステム

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/036 20060101AFI20250522BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20250522BHJP

   H01S 3/091 20060101ALI20250522BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20250522BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20250522BHJP

   G02B 6/26 20060101ALI20250522BHJP

【ＦＩ】

G02B6/036

G02B6/42

H01S3/091

H01S3/00 Z

B23K26/064 K

G02B6/26

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023567752

(86)(22)【出願日】2022-12-08

(86)【国際出願番号】 JP2022045382

(87)【国際公開番号】W WO2023112839

(87)【国際公開日】2023-06-22

【審査請求日】2024-05-21

(31)【優先権主張番号】P 2021202646

(32)【優先日】2021-12-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】100143764

【弁理士】

【氏名又は名称】森村 靖男

(72)【発明者】

【氏名】阪本 真一

【審査官】林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／２４１５４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０４０９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１４２７１１７（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平１１－３５２３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／００６５０８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０７６７６１２９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特表２０１０－５３００８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５１１７５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／０２－６／１０

Ｇ０２Ｂ ６／４２

Ｂ２３Ｋ ２６／０６４

Ｈ０１Ｓ ３／０９１

Ｈ０１Ｓ ３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コアと、前記コアを囲い前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、前記第１クラッドを囲い前記第１クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、前記第２クラッドを囲い前記第２クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第３クラッドと、前記第２クラッドと前記第３クラッドとの間において前記第２クラッドを囲い前記第２クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第４クラッドと、を含む複数の入力用光ファイバと、
前記複数の入力用光ファイバの前記コアと光学的に結合される入射面と、それぞれの前記入力用光ファイバから入射する光が合波された光を出射する出射面と、を有するブリッジファイバと、
を備える
ことを特徴とする光コンバイナ。

【請求項2】

前記第２クラッドの開口数は、前記第３クラッドの開口数よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の光コンバイナ。

【請求項3】

前記第３クラッドは、前記入力用光ファイバのクラッドの最外層である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光コンバイナ。

【請求項4】

前記入力用光ファイバからの光を入射時よりも小さい発散角で前記ブリッジファイバに出射するグリンレンズが、少なくとも１つの前記入力用光ファイバの前記コアと前記ブリッジファイバの前記入射面との間に配置される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光コンバイナ。

【請求項5】

請求項１または２に記載の光コンバイナと、
それぞれの前記入力用光ファイバの前記コアに個別に前記光を入射する複数の光源と、
を備える
ことを特徴とするレーザシステム。

【請求項6】

それぞれの前記光源とそれぞれの前記入力用光ファイバとを個別に光学的に接続する複数の光源用光ファイバを備え、
それぞれの光源用光ファイバは、コアと、前記コアを囲い前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、前記第１クラッドを囲い前記第１クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、前記第２クラッドを囲い前記第２クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第３クラッドと、を含む
ことを特徴とする請求項５に記載のレーザシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光コンバイナ、及びレーザシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

レーザシステムの高出力化を実現する方法の一つとして、複数の光ファイバから出射するレーザ光を纏めて、１本の光ファイバから出力するものが知られている。下記特許文献１には、このようなレーザシステムが記載されている。

【0003】

このレーザシステムの例では、光コンバイナに接続される複数の入力用光ファイバは、コアと、コアの外周面を囲いコアの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッドと、クラッドの周囲を覆う被覆層と、を有している。それぞれの光ファイバのコアを伝搬する光は、光コンバイナに入射して合波されて、出射端から出射する。

【0004】

【文献】特開２０２１－１５０５２７号公報

【発明の概要】

【0005】

ファイバレーザシステムにおいては、被加工物で反射した光が再び光ファイバに入射して戻り光となる場合がある。この戻り光は、光コンバイナから上記複数の入力用光ファイバに入射する場合がある。上記特許文献１に記載のレーザシステムの場合、戻り光が光コンバイナから入力用光ファイバのクラッドに入射すると、当該光はクラッドから被覆層に伝搬し、被覆層で吸収される可能性がある。光が被覆層に吸収されると当該被覆層の温度が上昇する傾向にあり、信頼性が低下する懸念がある。

【0006】

そこで、本発明は、信頼性を高め得る光コンバイナ、及びレーザシステムを提供することを目的とする。

【0007】

上記課題を解決するため、本発明の態様１は、コアと、前記コアを囲い前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、前記第１クラッドを囲い前記第１クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、前記第２クラッドを囲い前記第２クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第３クラッドと、を含む複数の入力用光ファイバと、前記複数の入力用光ファイバの前記コアと光学的に結合される入射面と、それぞれの前記入力用光ファイバから入射する光が合波された光を出射する出射面と、を有するブリッジファイバと、を備えることを特徴とする光コンバイナである。

【0008】

このような光コンバイナによれば、ブリッジファイバから戻り光が入力用光ファイバの第３クラッドで囲われる領域に入射する場合には、この戻り光は、この領域を導波し易い。従って、入力用光ファイバに入射する戻り光が第３クラッドよりも外側に伝搬することを抑制することができる。このため、入力用光ファイバの外周面に触れる塵埃等に光が吸収されて温度が上昇することを抑制することができ、信頼性を高め得る。

【0009】

本発明の態様２は、前記第２クラッドと前記第３クラッドとの間において前記第２クラッドを囲い前記第２クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第４クラッドを更に含むことを特徴とする態様１の光コンバイナである。

【0010】

この場合、第２クラッドがトレンチ層として機能し得、第２クラッドより内側を伝搬する光の損失を抑制することができる。

【0011】

本発明の態様３は、前記第２クラッドの開口数は、前記第３クラッドの開口数よりも大きいことを特徴とする態様２の光コンバイナである。

【0012】

この場合、ブリッジファイバから第４クラッドに入射する戻り光が第３クラッドよりも第２クラッドに伝搬し易く、第３クラッドに伝搬する戻り光の量を少なくし得る。

【0013】

本発明の態様４は、前記第３クラッドは、前記入力用光ファイバのクラッドの最外層であることを特徴とする態様１から３のいずれかの光コンバイナである。

【0014】

この場合、第３クラッドに入射した光のみが、外周面に到達し得ることになる。そのため、入力用光ファイバの外周面まで伝搬する光の量を少なくし得る。

【0015】

本発明の態様５は、前記入力用光ファイバからの光を入射時よりも小さい発散角で前記ブリッジファイバに出射するグリンレンズが、少なくとも１つの前記入力用光ファイバの前記コアと前記ブリッジファイバの前記入射面との間に配置されることを特徴とする態様１から４のいずれかの光コンバイナである。

【0016】

このようなコンバイナによれば、入力用光ファイバからの光がブリッジファイバに入射する際に発散角が小さくなるため、ブリッジファイバから漏洩する光を抑えることができ、また、ブリッジファイバから出射する光の発散角を小さく抑えることができる。

【0017】

本発明の態様６は、態様１から５のいずれかの光コンバイナと、それぞれの前記入力用光ファイバの前記コアに個別に前記光を入射する複数の光源と、を備えることを特徴とするレーザシステムである。

【0018】

本発明の態様７は、それぞれの前記光源とそれぞれの前記入力用光ファイバとを個別に光学的に接続する複数の光源用光ファイバを備え、それぞれの光源用光ファイバは、コアと、前記コアを囲い前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、前記第１クラッドを囲い前記第１クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、前記第２クラッドを囲い前記第２クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第３クラッドと、を含むことを特徴とする態様６のレーザシステムである。

【0019】

上記のように、本発明の光コンバイナにおいて、入力用光ファイバの外周面に触れる塵埃等に光が吸収されて温度が上昇することを抑制することができ、信頼性を高め得るため、このようなレーザシステムは、信頼性を高め得る。

【0020】

以上のように、本発明によれば、信頼性を高め得る光コンバイナ、及びレーザシステムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係るレーザシステムを示す概念図である。

【図2】図１の第１光コンバイナ及び第２光コンバイナを示す分解図である。

【図3】図２の第１入力用光ファイバの構造と屈折率分布との関係を示す図である。

【図4】図２の第２ブリッジファイバの構造、及び、第２ブリッジファイバと第２入力用光ファイバ及び中間光ファイバとの位置関係を示す図である。

【図5】光コンバイナの変形例を示す分解図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明に係る光コンバイナ、及びレーザシステムの好適な実施形態について、図面を参照しながらそれぞれ詳細に説明する。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。なお、以下で参照する図面では、理解を容易にするために、各部材の寸法を変えて示す場合がある。

【0023】

図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザシステムを示す概念図である。図１に示すように、本実施形態のレーザシステム１は、複数の第１光源２Ａと、複数の第１光源用光ファイバ３Ａと、第１光コンバイナ４Ａと、複数の第２光源２Ｂと、複数の第２光源用光ファイバ３Ｂと、第２光コンバイナ４Ｂと、デリバリファイバ５と、光出射部６と、を主な構成として備える。

【0024】

それぞれの第１光源２Ａ及びそれぞれの第２光源２Ｂは、所定の波長の光を出射するレーザ装置であり、例えば、ファイバレーザ装置や固体レーザ装置からなる。第１光源２Ａ、第２光源２Ｂがファイバレーザ装置である場合、第１光源２Ａ、第２光源２Ｂは共振器型のファイバレーザ装置であったり、ＭＯ－ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置であったりする。それぞれの第１光源２Ａ及び第２光源２Ｂから出射する光は、例えば、１０７０ｎｍの波長の光である。本実施形態では、第１光源２Ａが３つであり、第２光源２Ｂが６つの例を示している。ただし、第１光源２Ａ及び第２光源２Ｂの数はこれに限られるものではない。また、第１光源２Ａと第２光源２Ｂとは、互いに異なる波長の光を出射してもよい。それぞれの第１光源２Ａには、第１光源２Ａから出射する光を伝搬する第１光源用光ファイバ３Ａの一端が接続されている。それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａの他端は、第１光コンバイナ４Ａに接続されている。それぞれの第２光源２Ｂには、第２光源２Ｂから出射する光を伝搬する第２光源用光ファイバ３Ｂの一端が接続されている。それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂの他端は、第２光コンバイナ４Ｂに接続されている。

【0025】

第１光コンバイナ４Ａの第１光源用光ファイバ３Ａが接続される側と反対側には、中間光ファイバ３０の一端が接続される。中間光ファイバ３０の他端は、第２光コンバイナ４Ｂに接続される。第２光コンバイナ４Ｂの第２光源用光ファイバ３Ｂが接続される側と反対側には、デリバリファイバ５の一端が接続され、デリバリファイバ５の他端には光出射部６が接続される。

【0026】

次に第１光コンバイナ４Ａ及び第２光コンバイナ４Ｂについて説明する。

【0027】

図２は、図１の第１光コンバイナ４Ａ及び第２光コンバイナ４Ｂを示す分解図である。図２に示すように第１光コンバイナ４Ａは、複数の第１入力用光ファイバ１０と、第１ブリッジファイバ２０と、を有し、第２光コンバイナ４Ｂは、複数の第２入力用光ファイバ４０と、第２ブリッジファイバ５０と、を有する。

【0028】

図３は、第１入力用光ファイバ１０の構造と屈折率分布との関係を示す図である。本実施形態では、第１入力用光ファイバ１０はマルチモードファイバとされる。図３に示すように、それぞれの第１入力用光ファイバ１０は、コア１１と、クラッド１２と、被覆層１３と、を有する。クラッド１２は、コア１１の外周面を囲う第１クラッド１２ａと、第１クラッド１２ａの外周面を囲う第２クラッド１２ｂと、第２クラッド１２ｂの外周面を囲う第４クラッド１２ｄと、第４クラッド１２ｄの外周面を囲う第３クラッド１２ｃとを含む。従って、第３クラッド１２ｃは、第２クラッド１２ｂの外周面をも囲い、第４クラッド１２ｄは、第２クラッド１２ｂと第３クラッド１２ｃとの間において第２クラッド１２ｂの外周面を囲う。また、本実施形態では、第１クラッド１２ａは、コア１１に密着している。第２クラッド１２ｂは、第１クラッド１２ａに密着している。第４クラッド１２ｄは、第２クラッド１２ｂに密着している。第３クラッド１２ｃは、第４クラッド１２ｄに密着しており、クラッド１２の最外層である。

【0029】

コア１１は、例えば屈折率を上昇させるゲルマニウム等のドーパントが添加されたシリカガラスから成り、コア１１の屈折率ｎ１１は、クラッド１２の全ての領域の屈折率よりも高い。第１クラッド１２ａは、例えば、何らドーパントが添加されないシリカガラスから成り、コア１１の屈折率ｎ１１よりも低い屈折率ｎ１２ａを有する。第２クラッド１２ｂは、例えば、屈折率を下げるフッ素等のドーパントが添加されたシリカガラスから成り、第１クラッド１２ａの屈折率ｎ１２ａよりも低い屈折率ｎ１２ｂを有する。第４クラッド１２ｄは、例えば、第１クラッド１２ａと同様の材料から成り、第２クラッド１２ｂの屈折率ｎ１２ｂよりも高い屈折率ｎ１２ｄを有する。図３の例では、第４クラッド１２ｄの屈折率ｎ１２ｄと第１クラッド１２ａの屈折率ｎ１２ａとが同じである例を示しているが、第４クラッド１２ｄの屈折率ｎ１２ｄは、第１クラッド１２ａの屈折率ｎ１２ａよりも高くても低くてもよい。第３クラッド１２ｃは、例えば、屈折率を下げるフッ素等のドーパントが第２クラッド１２ｂよりも多く添加されたシリカガラスから成り、第２クラッド１２ｂの屈折率ｎ１２ｂよりも低い屈折率ｎ１２ｃを有する。このような屈折率分布を有することで、第２クラッド１２ｂの開口数は、第３クラッド１２ｃの開口数よりも大きい。

【0030】

被覆層１３は、クラッド１２の外周面を被覆し、本実施形態では、コア１１の屈折率よりも高い屈折率ｎ１３を有する。なお、それぞれの第１入力用光ファイバ１０の端部では、被覆層１３が剥離されており、図２において被覆層１３の記載が省略されている。それぞれの第１入力用光ファイバ１０の一端は、図１で黒丸で示される接続部において、それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａの他端と個別に接続されている。

【0031】

第１ブリッジファイバ２０は、コア２１と、コア２１の外周面を囲うクラッド２２とを有している。コア２１は、例えば屈折率を上昇させるゲルマニウム等のドーパントが添加されたシリカガラスから成り、クラッド２２は、例えば、何らドーパントが添加されないシリカガラスから成り、コア２１の屈折率は、クラッド２２の屈折率よりも高い。また、第１ブリッジファイバ２０は、一方側の外径が縮径されておらず、他方側の外径が縮径されているテーパファイバであり、一方側において一定の外径を保つ非縮径部２３と、非縮径部２３に接続され、一方側から他方側に向かって外径が徐々に縮径されるテーパ部２４と、テーパ部２４の縮径側に接続され、縮径された状態で外径が一定に保たれる縮径部２５と、を有する。

【0032】

非縮径部２３の端面である第１ブリッジファイバ２０の一方側の端面は、光の入射面２６であり、それぞれの第１入力用光ファイバ１０の他端は、入射面２６に接続されている。第１ブリッジファイバ２０の入射面２６においてコア２１とそれぞれの第１入力用光ファイバ１０のコア１１とが光学的に結合するように接続されている。このため、第１入力用光ファイバ１０のクラッド１２の一部は、第１ブリッジファイバ２０のクラッド２２に接続されてもよい。なお、フルネル反射等を抑制する観点から、第１入力用光ファイバ１０のコア１１の屈折率ｎ１１と、第１ブリッジファイバ２０のコア２１の屈折率とは、互いに概ね等しいことが好ましい。第１ブリッジファイバ２０の縮径部２５の端面である第１ブリッジファイバ２０の他方側の端面は、光の出射面２７であり、出射面２７は、中間光ファイバ３０の一端に接続されている。

【0033】

中間光ファイバ３０は、コア３１と、コア３１の外周面を囲うクラッド３２とを有している。クラッド３２の屈折率はコア３１の屈折率よりも低い。中間光ファイバ３０のコア３１の直径は、第１ブリッジファイバ２０の出射面２７におけるコア２１の直径以上であり、第１ブリッジファイバ２０の出射面２７におけるコア２１が、中間光ファイバ３０の一端におけるコア３１内に位置するように、第１ブリッジファイバ２０と中間光ファイバ３０とは接続される。このため、第１ブリッジファイバ２０のコア２１を伝搬する光は、中間光ファイバ３０のコア３１に効率よく入射し得る。なお、フルネル反射等を抑制する観点から、第１ブリッジファイバ２０のコア２１の屈折率と、中間光ファイバ３０のコア３１の屈折率とは、互いに概ね等しいことが好ましい。

【0034】

中間光ファイバ３０の他端側は、それぞれの第２入力用光ファイバ４０の一部と並列される。それぞれの第２入力用光ファイバ４０は、第１入力用光ファイバ１０と同様の構成とされる。従って、それぞれの第２入力用光ファイバ４０は、コア４１と、クラッド４２とを有する。クラッド４２は、コア４１の外周面を囲う第１クラッド４２ａと、第１クラッド４２ａの外周面を囲う第２クラッド４２ｂと、第２クラッド４２ｂの外周面を囲う第３クラッド４２ｃと、第２クラッド４２ｂと第３クラッド４２ｃとの間において第２クラッド４２ｂの外周面を囲う第４クラッド４２ｄと、を含む。本実施形態では、第１クラッド４２ａは、コア４１に密着している。第２クラッド４２ｂは、第１クラッド４２ａに密着している。第４クラッド４２ｄは、第２クラッド４２ｂに密着している。第３クラッド４２ｃは、第４クラッド４２ｄに密着しており、クラッド４２の最外層である。

【0035】

第１クラッド４２ａは、コア４１の屈折率よりも低い屈折率を有し、第２クラッド４２ｂは、第１クラッド４２ａの屈折率よりも低い屈折率を有する。第３クラッド４２ｃは、第２クラッド４２ｂの屈折率よりも低い屈折率を有する。第４クラッド４２ｄは、第２クラッド４２ｂの屈折率よりも高い屈折率を有する。また、第２クラッド４２ｂの開口数は、第３クラッド４２ｃの開口数よりも大きい。ただし、コア４１、及び第１クラッド４２ａから第４クラッド４２ｄの屈折率や径は、第１入力用光ファイバ１０のコア１１、及び第１クラッド１２ａから第４クラッド１２ｄの屈折率や径と、互いに異なっていてもよい。それぞれの第２入力用光ファイバ４０の一端は、図１で黒丸で示される接続部において、それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂの他端と個別に接続されている。

【0036】

第２光コンバイナ４Ｂの第２ブリッジファイバ５０は、一方側の端面が光の入射面５６であり、他方側の端面が光の出射面５７である。それぞれの第２入力用光ファイバ４０の他端及び中間光ファイバ３０の他端は、第２ブリッジファイバ５０の入射面５６に接続されている。

【0037】

図４は、第２ブリッジファイバ５０の構造、及び、第２ブリッジファイバ５０と第２入力用光ファイバ４０及び中間光ファイバ３０との位置関係を示す図である。図４に示すように、第２ブリッジファイバ５０は、センターコア５１と、センターコア５１の外周面を囲う内側クラッド５２と、内側クラッド５２の外周面を囲うリングコア５３と、リングコア５３の外周面を囲う外側クラッド５４とを有している。センターコア５１及びリングコア５３は、例えばゲルマニウム等のドーパントが添加されたシリカガラスから成り、内側クラッド５２及び外側クラッド５４は、例えば純粋なシリカガラスから成る。内側クラッド５２及び外側クラッドの屈折率は、センターコア５１及びリングコア５３の屈折率よりも低い。なお、図４の例では、センターコア５１の屈折率とリングコア５３の屈折率とが互いに等しく、内側クラッド５２の屈折率と外側クラッド５４の屈折率とが互いに等しい例が示されているが、センターコア５１の屈折率とリングコア５３の屈折率とが互いに異なってもよく、内側クラッド５２の屈折率と外側クラッド５４の屈折率とが互いに異なってもよい。

【0038】

図４において破線で示すように、入射面５６において、第２ブリッジファイバ５０のセンターコア５１には、中間光ファイバ３０のコア３１が接続され、リングコア５３には、それぞれの第２入力用光ファイバ４０のコア４１が接続されている。センターコア５１の直径は、中間光ファイバ３０のコア３１の直径以上であり、中間光ファイバ３０の他端におけるコア３１が、第２ブリッジファイバ５０の入射面５６におけるセンターコア５１内に位置するように、中間光ファイバ３０と第２ブリッジファイバ５０とは接続される。このため、中間光ファイバ３０のコア３１を伝搬する光は、センターコア５１に効率よく入射し得る。また、リングコア５３の厚みは、第２入力用光ファイバ４０のコア４１の直径以上であり、第２入力用光ファイバ４０の他端におけるコア４１が、第２ブリッジファイバ５０の入射面５６におけるリングコア５３内に位置するように、第２入力用光ファイバ４０と第２ブリッジファイバ５０とは接続される。このため、第２入力用光ファイバ４０のコア４１を伝搬する光は、リングコア５３に効率よく入射し得る。なお、フルネル反射等を抑制する観点から、中間光ファイバ３０のコア３１の屈折率と、センターコア５１の屈折率とは、互いに概ね等しいことが好ましく、第２入力用光ファイバ４０のコア４１の屈折率と、リングコア５３の屈折率とは、互いに概ね等しいことが好ましい。

【0039】

また、第２ブリッジファイバ５０の出射面５７は、デリバリファイバ５の一端に接続される。デリバリファイバ５の構成は、例えば、第２ブリッジファイバ５０の構成と同様とされる。従って、デリバリファイバ５は、センターコアと、センターコアの外周面を囲う内側クラッドと、内側クラッドの外周面を囲うリングコアと、リングコアの外周面を囲う外側クラッドと、を有する。第２ブリッジファイバ５０のセンターコア５１とデリバリファイバ５のセンターコアとが接続され、第２ブリッジファイバ５０のリングコア５３とデリバリファイバ５のリングコアとが接続される。

【0040】

なお、上記のように、それぞれの第１入力用光ファイバ１０の一端は、それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａの他端と個別に接続されている。また、それぞれの第２入力用光ファイバ４０の一端は、それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂの他端と個別に接続されている。本実施形態では、それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａは、第１入力用光ファイバ１０と同様の構成とされ、それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂは、第２入力用光ファイバ４０と同様の構成とされる。従って、それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａ及びそれぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂは、コアと、コアを囲いコアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、第１クラッドを囲い第１クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、第２クラッドを囲い第２クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第３クラッドと、第２クラッドと第３クラッドとの間において第２クラッドを囲い第２クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第４クラッドと、を含む。それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａのコアとそれぞれの第１入力用光ファイバ１０のコア１１とが個別に接続されて、互いに光学的に結合しており、それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂのコアとそれぞれの第２入力用光ファイバ４０のコア４１とが個別に接続されて、互いに光学的に結合している。

【0041】

従って、それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａの第１クラッドとそれぞれの第１入力用光ファイバ１０の第１クラッド１２ａとが個別に接続される。それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａの第２クラッドとそれぞれの第１入力用光ファイバ１０の第２クラッド１２ｂとが個別に接続される。それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａの第３クラッドとそれぞれの第１入力用光ファイバ１０の第３クラッド１２ｃとが個別に接続される。それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａの第４クラッドとそれぞれの第１入力用光ファイバ１０の第４クラッド１２ｄとが個別に接続される。同様に、それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂの第１クラッドとそれぞれの第２入力用光ファイバ４０の第１クラッド４２ａとが個別に接続される。それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂの第２クラッドとそれぞれの第２入力用光ファイバ４０の第２クラッド４２ｂとが個別に接続される。それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂの第３クラッドとそれぞれの第２入力用光ファイバ４０の第３クラッド４２ｃとが個別に接続される。それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂの第４クラッドとそれぞれの第２入力用光ファイバ４０の第４クラッド１２ｄとが個別に接続される。

【0042】

このような構成のレーザシステム１において、それぞれの第１光源２Ａから出射する光は、第１光源用光ファイバ３Ａを伝搬し、第１光コンバイナ４Ａの第１入力用光ファイバ１０から出射して、第１ブリッジファイバ２０の入射面２６からコア２１に入射する。それぞれの第１入力用光ファイバ１０から第１ブリッジファイバ２０に入射するそれぞれの光は、合波されて、テーパ部２４において縮径され、縮径部２５の出射面２７におけるコア２１から中間光ファイバ３０に入射する。中間光ファイバ３０を伝搬する光は、第２光コンバイナ４Ｂにおける第２ブリッジファイバ５０のセンターコア５１に入射し、当該センターコア５１を伝搬する光は、デリバリファイバ５のセンターコアに入射する。デリバリファイバ５のセンターコアを伝搬する光は、光出射部６に伝搬し、光出射部６からは概ね円形の断面形状の光が出射する。また、それぞれの第２光源２Ｂから出射するそれぞれの光は、第２光源用光ファイバ３Ｂを伝搬し、第２光コンバイナ４Ｂにおける第２ブリッジファイバ５０の入射面５６からリングコア５３に入射されて合波される。合波された光は、第２ブリッジファイバ５０の出射面５７においてリングコア５３から出射して、デリバリファイバ５のリングコアに入射する。デリバリファイバ５のリングコアを伝搬する光は、光出射部６に伝搬し、光出射部６からは概ねリング状の断面形状の光が出射する。

【0043】

光出射部６から出射する光は、不図示の被加工物に照射され、被加工物は光により加工される。ところで、被加工物に照射される光の一部が反射され、戻り光として光出射部６からデリバリファイバ５に入射する場合がある。デリバリファイバ５のセンターコアやリングコアを伝搬する戻り光は、第２ブリッジファイバ５０のセンターコア５１やリングコア５３に入射する。第２ブリッジファイバ５０のリングコア５３を伝搬する戻り光は、第２入力用光ファイバ４０のコア４１やクラッド４２に入射する。クラッド４２のうち第３クラッド４２ｃより内側に入射する戻り光は、第３クラッド４２ｃの内周面で反射されながら、第３クラッド４２ｃより内側を伝搬する。第２入力用光ファイバ４０を伝搬する戻り光は、第２光源用光ファイバ３Ｂのコアやクラッドに入射する。第２光源用光ファイバ３Ｂのクラッドのうち第３クラッドより内側に入射する戻り光は、第３クラッドの内周面で反射されながら、第３クラッドより内側を伝搬し、第２光源２Ｂに入射して、第２光源２Ｂ内で適宜処理される。また、第２ブリッジファイバ５０のセンターコア５１を伝搬する戻り光は、中間光ファイバ３０のコア３１を介して第１ブリッジファイバ２０のコア２１に入射する。コア２１を伝搬する光は、第１入力用光ファイバ１０のコア１１やクラッド１２に入射する。クラッド１２のうち第３クラッド１２ｃより内側に入射する戻り光は、第３クラッド１２ｃの内周面で反射されながら、第３クラッド１２ｃより内側を伝搬する。第１入力用光ファイバ１０を伝搬する戻り光は、第１光源用光ファイバ３Ａのコアやクラッドに入射する。第１光源用光ファイバ３Ａのクラッドのうち第３クラッドより内側に入射する戻り光は、第３クラッドの内周面で反射されながら、第３クラッドより内側を伝搬し、第１光源２Ａに入射して、第１光源２Ａ内で適宜処理される。

【0044】

以上説明した第１光コンバイナ４Ａ及び第２光コンバイナ４Ｂを一般化して光コンバイナとし、第１入力用光ファイバ１０及び第２入力用光ファイバ４０を一般化して入力用光ファイバとし、第１ブリッジファイバ２０及び第２ブリッジファイバ５０を一般化してブリッジファイバとすると、次のようになる。すなわち、本実施形態の光コンバイナは、コアと、コアを囲いコアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、第１クラッドを囲い第１クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、第２クラッドを囲い第２クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第３クラッドと、を含む複数の入力用光ファイバと、複数の入力用光ファイバのコアと光学的に結合される入射面と、それぞれの入力用光ファイバから入射する光が合波された光を出射する出射面と、を有するブリッジファイバと、を備える。

【0045】

このような光コンバイナによれば、ブリッジファイバから戻り光が入力用光ファイバの第３クラッドで囲われる領域に入射する場合には、この戻り光は、この領域を導波し易い。従って、入力用光ファイバに入射する戻り光が第３クラッドよりも外側に伝搬することを抑制することができる。このため、入力用光ファイバの外周面に触れる塵埃等に光が吸収されて温度が上昇することを抑制することができ、信頼性を高め得る。

【0046】

また、本実施形態では、入力用光ファイバは、第２クラッドと第３クラッドとの間において第２クラッドを囲い第２クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第４クラッドを更に含む。このため、第２クラッドがトレンチ層として機能し得、第２クラッドより内側を伝搬する光の損失を抑制することができる。

【0047】

また、本実施形態では、入力用光ファイバの第２クラッドの開口数は、第３クラッドの開口数よりも大きい。このため、ブリッジファイバから第４クラッドに入射する戻り光が第３クラッドよりも第２クラッドに伝搬し易く、第３クラッドに伝搬する戻り光の量を少なくし得る。

【0048】

また、本実施形態では、入力用光ファイバの第３クラッドは、入力用光ファイバのクラッドの最外層である。このため、第３クラッドに入射した光のみが、外周面に到達し得ることになる。そのため、入力用光ファイバの外周面まで伝搬する光の量を少なくし得る。

【0049】

また、第１光源２Ａ及び第２光源２Ｂを一般化して光源とすると、本実施形態のレーザシステム１は次のようになる。すなわち、本実施形態のレーザシステム１は、上記の光コンバイナと、それぞれの入力用光ファイバのコアに個別に光を入射する複数の光源と、を備える。上記のように、本実施形態の光コンバイナにおいて、入力用光ファイバの外周面に触れる塵埃等に光が吸収されて温度が上昇することを抑制することができ、信頼性を高め得るため、このようなレーザシステム１は、信頼性を高め得る。

【0050】

さらに、第１光源用光ファイバ３Ａ及び第２光源用光ファイバ３Ｂを一般化して光源用光ファイバとすると、本実施形態のレーザシステム１は次のように特定できる。すなわち、本実施形態のレーザシステム１は、それぞれの光源とそれぞれの入力用光ファイバとを個別に光学的に接続する複数の光源用光ファイバを備え、それぞれの光源用光ファイバは、コアと、前記コアを囲い前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、前記第１クラッドを囲い前記第１クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、前記第２クラッドを囲い前記第２クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第３クラッドと、を含む。このような構成であることで、光源用光ファイバの第３クラッドで囲われる領域に入射する戻り光は、この領域を導波し易い。従って、光源用光ファイバに入射する戻り光が第３クラッドよりも外側に伝搬することを抑制することができる。このため、光源用光ファイバの外周面に触れる塵埃等に光が吸収されて温度が上昇することを抑制することができ、信頼性をより高め得る。

【0051】

（変形例）
次に上記の第１光コンバイナ４Ａ及び第２光コンバイナ４Ｂの変形例について図５を参照して詳細に説明する。なお、上記と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。

【0052】

図５は、第１光コンバイナ４Ａ及び第２光コンバイナ４Ｂの変形例を示す分解図である。図５に示すように、本変形例では、第１光コンバイナ４Ａは、複数の第１グリンレンズ６１を更に有し、第１入力用光ファイバ１０と第１ブリッジファイバ２０との間にそれぞれの第１グリンレンズ６１が配置され、第２光コンバイナ４Ｂは、複数の第２グリンレンズ６２を更に有し、第２入力用光ファイバ４０と第２ブリッジファイバ５０との間にそれぞれの第２グリンレンズ６２が配置されている。

【0053】

それぞれの第１グリンレンズ６１は、一端が第１入力用光ファイバ１０の他端に個別に接続され、他端が第１ブリッジファイバ２０の入射面２６に接続されている。第１グリンレンズ６１は、第１入力用光ファイバ１０から入射する光を入射時よりも小さい発散角で第１ブリッジファイバ２０のコア２１に出射する。それぞれの第２グリンレンズ６２は、一端が第２入力用光ファイバ４０の他端に個別に接続され、他端が第２ブリッジファイバ５０の入射面５６においてリングコア５３に接続されている。第２グリンレンズ６２は、第２入力用光ファイバ４０から入射する光を入射時よりも小さい発散角で第２ブリッジファイバ５０のリングコア５３に出射する。なお、本実施形態においても、中間光ファイバ３０の他端は、第２ブリッジファイバ５０の入射面５６に接続されている。

【0054】

このような第１光コンバイナ４Ａ及び第２光コンバイナ４Ｂによれば、第１入力用光ファイバ１０や第２入力用光ファイバ４０からの光が第１ブリッジファイバ２０や第２ブリッジファイバ５０に入射する際に発散角が小さくなるため、第１ブリッジファイバ２０や第２ブリッジファイバ５０から漏洩する光を抑えることができ、また、第１ブリッジファイバ２０や第２ブリッジファイバ５０から出射する光の発散角を小さく抑えることができる。

【0055】

以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0056】

例えば、上記実施形態のレーザシステム１は、第１光コンバイナ４Ａ及び第２光コンバイナ４Ｂを有していたが、１つのコンバイナを有するレーザシステムであってもよい。

【0057】

また、上記実施形態の第１光コンバイナ４Ａの第１ブリッジファイバ２０は、テーパ部２４を有するテーパファイバであり、第２光コンバイナ４Ｂの第２ブリッジファイバ５０は、センターコア５１とリングコア５３とを有する光ファイバであった。しかし、本発明のブリッジファイバは、複数の入力用光ファイバのコアと光学的に結合される入射面と、それぞれの入力用光ファイバから入射する光が合波された光を出射する出射面とを有するブリッジファイバであれば上記実施形態に限らない。例えば、ブリッジファイバは、コアと、コアよりも低い屈折率を有する内側クラッドと、内側クラッドよりも低い屈折率を有する外側クラッドからなるダブルクラッドファイバであってもよい。この場合、例えば、複数の光源として励起光を出射する複数の励起光源が用いられ、それぞれの励起光源に接続され励起光を伝搬する光源用光ファイバが、内側クラッドに接続され、内側クラッドにおいて、それぞれの光源用光ファイバから伝搬する励起光が合波されてもよい。この場合、ブリッジファイバと同様のダブルクラッド構造を有し、コアに希土類元素が添加された増幅用光ファイバが、ブリッジファイバに接続されることで、ファイバレーザ装置が構成され得る。

【0058】

また、上記実施形態では、入力用光ファイバは、第２クラッドと第３クラッドとの間に第４クラッドを有したが、入力用光ファイバは第４クラッドを有しておらず、第２クラッドの外周面上に第３クラッドが配置されるものであってもよい。

【0059】

また、上記実施形態では、第２クラッドの開口数は、第３クラッドの開口数よりも大きいものとされたが、第２クラッドの開口数は、第３クラッドの開口数以下であってもよい。

【0060】

また、上記実施形態では、第３クラッドは、入力用光ファイバのクラッドの最外層であったが、第３クラッドの外周に更に他のクラッド層が設けられてもよい。

【0061】

また、上記実施形態では、光源用光ファイバが、入力用光ファイバと同様の構成とされたが、光源用光ファイバが入力用光ファイバと異なる構成であってもよい。例えば、光源用光ファイバは、クラッドが径方向に屈折率が一定であるものであってもよく、また例えば、光源用光ファイバは、上記実施形態の入力用光ファイバから第４クラッドが省略され、第２クラッドの外周面上に第３クラッドが配置されるものであってもよい。なお、一般的に光源用光ファイバの方が光コンバイナの入力用光ファイバよりも装置内で長く取り廻されることが多い。このため、光源用光ファイバの方が入力用光ファイバよりもコアを伝搬する光の閉じ込め力が大きくてもよい。この場合、例えば、光源用光ファイバは実施形態のように第４クラッドを有する光ファイバであり、光コンバイナの入力用光ファイバは上記のように第４クラッドを有さない光ファイバであってもよい。また、例えば、光源用光ファイバ及び入力用光ファイバのそれぞれが実施形態のように第１クラッドから第４クラッドを有する場合であっても、光源用光ファイバの光の閉じ込め力を大きくする観点から光源用光ファイバにおける第２クラッドと第４クラッドとの屈折率差の方が、入力用光ファイバにおける第２クラッドと第４クラッドとの屈折率差よりも大きくてもよい。

【0062】

以上説明したように、本発明によれば、信頼性を高め得る光コンバイナ、及びレーザシステムが提供され、加工用レーザシステムや、医療用レーザシステム等に利用することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】