CN114270235B - 光合并器以及激光装置 - Google Patents

Abstract

提供一种易于制造的光合并器，其能够向输出光纤的第一光波导和第二光波导分别导入激光。光合并器(3)具备：多个第一输入光纤(10)，其分别包含纤芯(11)；桥接光纤(20)，其具有与第一输入光纤(10)的纤芯(11)连接的桥接入射面(26)、随着沿光轴方向远离桥接入射面(26)而直径逐渐变小的缩径部(24)、以及在光轴方向上位于与桥接入射面(26)相反侧的桥接射出面(27)；中间光纤(30)，其包含与桥接光纤(20)的桥接射出面(27)连接的纤芯(31)；多个第二输入光纤(40)，其分别包含纤芯(41)；以及输出光纤(50)，其包含与中间光纤(30)的纤芯(31)连接的中心纤芯(51)、和与第二输入光纤(40)的纤芯(41)连接的环形纤芯(53)。

Description

光合并器以及激光装置

技术领域

本发明涉及光合并器以及激光装置，尤其涉及使来自多个输入光纤的激光耦合并从输出光纤输出的光合并器。

背景技术

在激光加工领域，为了使加工速度和加工品质等加工性能提高，使向加工对象物照射的激光的光束轮廓对应于加工对象物的材料、厚度进行变更是很重要的。近年来，基于这样的观点，还开发了如下技术：在输出侧的光纤上形成多个光波导，通过控制向这些光波导分别导入的激光，从而使向加工对象物照射的激光的光束轮廓变化为期望的形态。

就用于向作为光波导而具有中心纤芯和位于其周围的外侧纤芯的输出光纤导入激光的光合并器而言，例如在专利文献1中公开了如下的光合并器，其中，与输出光纤的中心纤芯对应地在中心侧配置有多个光纤(中心侧光纤)，与输出光纤的外侧纤芯对应地在中心侧光纤的周围呈环状配置有多个光纤(外侧光纤)(参照图8a及图8b)。在该专利文献1公开的现有结构中，为了避免输出光纤的直径变大，必须使中心侧光纤的直径比外侧光纤的直径小。这样，如果中心侧光纤的直径较小，则中心侧光纤的机械强度降低，容易产生中心侧光纤折弯或断裂等问题，并且其制造也变得困难。由于存在这样的问题，因此难以增加中心侧光纤的数量，因而难以使向与中心侧光纤连接的输出光纤的中心纤芯导入的激光的功率提高。因此，也难以对在输出光中心纤芯中传播的激光与在外侧纤芯中传播的激光的输出平衡进行调整。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-145888号公报

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明针对这样的现有技术的问题而做出，其第一目的在于，提供一种易于制造的光合并器，其能够向输出光纤的第一光波导和第二光波导分别导入激光。

另外，本发明的第二目的在于，提供一种激光装置，其能够输出具有期望的光束轮廓的激光。

(二)技术方案

根据本发明的第一方式，提供一种易于制造的光合并器，且能够向输出光纤的第一光波导和第二光波导分别导入激光。该光合并器具备：多个第一输入光纤，其分别包含纤芯；桥接光纤，其具有与上述多个第一输入光纤的上述纤芯连接的桥接入射面、随着沿光轴方向远离上述桥接入射面而直径逐渐变小的缩径部、以及在上述光轴方向上位于与上述桥接入射面相反侧的桥接射出面；中间光纤，其包含与上述桥接光纤的上述桥接射出面连接的纤芯；至少一个第二输入光纤，其包含纤芯；以及输出光纤，其包含与上述中间光纤的上述纤芯连接的第一光波导、和与上述至少一个第二输入光纤的上述纤芯连接的第二光波导。

根据本发明的第二方式，提供一种激光装置，其能够输出具有期望的光束轮廓的激光。该激光装置具备：至少一个第一激光光源，其生成第一激光；至少一个第二激光光源，其生成第二激光；以及上述光合并器。上述光合并器的上述多个第一输入光纤中的至少一个与上述至少一个第一激光光源连接。上述光合并器的上述至少一个第二输入光纤与上述至少一个第二激光光源连接。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的激光装置的结构的示意性框图。

图2是表示图1的激光装置中的光合并器的立体图。

图3是图2的光合并器的分解立体图。

图4是将图3的光合并器的输出光纤的截面与沿半径方向的折射率分布一起表示的图。

图5是表示图3的光合并器的中间光纤及第二输入光纤与输出光纤的连接关系的示意图。

图6是表示本发明的另一实施方式中的光合并器的立体图。

图7是表示本发明的另一实施方式中的激光装置的结构的示意性框图。

图8是将本发明的另一实施方式中的输出光纤的截面与沿半径方向的折射率分布一起表示的图。

具体实施方式

以下，参照图1至图8对本发明的光合并器以及具备该光合并器的激光装置的实施方式进行详细说明。另外，在图1至图8中，对相同或相当的构成要素赋予相同的附图标记并省略重复说明。此外，在图1至图8中，存在夸张地示出各构成要素的比例尺或尺寸的情况、省略一部分构成要素的情况。在以下的说明中，在没有特别说明的情况下，术语“第一”、“第二”等用语仅用于使构成要素相互区分，而不表示特定的顺序或次序。

图1是表示本发明一实施方式的激光装置1的结构的示意性框图。如图1所示，本实施方式的激光装置1具备：生成激光的第一激光光源2A和第二激光光源2B、输入来自各个激光光源2A、2B的激光的光合并器3、设置在光合并器3的下游侧的端部的激光射出部4、以及控制激光光源2A、2B的控制部5。各激光光源2A、2B和光合并器3通过光纤6相互连接，光合并器3和激光射出部4通过光纤7相互连接。作为激光光源2A、2B，例如可以使用光纤激光器或半导体激光器。本实施方式的激光装置1包含3个激光光源2A和6个激光光源2B，但激光光源2A、2B的数量不限于此。另外，在本说明书中，在没有特别说明的情况下，将激光从激光光源2A、2B向激光射出部4传播的方向称为“下游侧”，将与其相反的方向称为“上游侧”。

在这样的激光装置1中，在第一激光光源2A中生成的第一激光和在第二激光光源2B中生成的第二激光分别在光纤6中传播而导入光合并器3。在该光合并器3中，使来自多个激光光源2A、2B的激光耦合并输出至光纤7。输出至光纤7的高输出的激光L从激光射出部4例如朝向被加工物射出。

图2是表示光合并器3的立体图，图3是分解立体图。如图2及图3所示，本实施方式中的光合并器3包含：分别由从第一激光光源2A延伸的光纤6的至少一部分构成的多个第一输入光纤10、与这些第一输入光纤10连接的桥接光纤20、与桥接光纤20连接的中间光纤30、分别由从第二激光光源2B延伸的光纤6的至少一部分构成的多个第二输入光纤40、由上述光纤的至少一部分构成的光纤50。

如图2和图3所示，在本实施方式中，3根第一输入光纤10以相互接触的状态与桥接光纤20连接。每个第一输入光纤10包含纤芯11和覆盖纤芯11的周围的包层12。包层12的折射率比纤芯11的折射率低，在纤芯11的内部形成有供来自第一激光光源2A的第一激光传播的光波导。这样，第一输入光纤10构成为：使来自第一激光光源2A的第一激光向其纤芯11的内部传播，从射出端部10A(参照图3)射出。另外，第一输入光纤10具有在远离桥接光纤20的位置处覆盖包层12的外周面的被覆层(未图示)。

桥接光纤20具有纤芯21和覆盖纤芯21周围的包层22。包层22的折射率比纤芯21的折射率低，在纤芯21的内部形成有供第一激光传播的光波导。在内部具有这样的纤芯-包层结构的桥接光纤20包含：沿光轴以一定的外径延伸的第一圆筒部23、外径从第一圆筒部23沿光轴逐渐变小的缩径部24、以及从缩径部24沿光轴方向以一定的外径延伸的第二圆筒部25。第一圆筒部23的端面成为熔接连接有各个第一输入光纤10的射出端部10A的桥接入射面26。在光轴方向上位于桥接入射面26的相反侧的第二圆筒部25的端面成为熔接连接有中间光纤30的入射端部30A(参照图3)的桥接射出面27。桥接光纤20的桥接入射面26上的纤芯21的大小为能够在内部包含所有的第一输入光纤10的纤芯11的大小，第一输入光纤10和桥接光纤20熔接连接，以使所有的第一输入光纤10的纤芯11位于桥接光纤20的桥接入射面26上的纤芯21的区域内。这样，桥接光纤20构成为：使从第一输入光纤10的射出端部10A射出的第一激光向其纤芯21的内部传播，通过缩径部24减小其光束直径。另外，为了抑制第一激光从第一输入光纤10的纤芯11向桥接光纤20的纤芯21入射时的反射，桥接光纤20的纤芯21的折射率优选与第一输入光纤10的纤芯11的折射率大致相同。

中间光纤30具有纤芯31和覆盖纤芯31的周围的包层32。包层32的折射率比纤芯31的折射率低，在纤芯31的内部形成有供第一激光传播的光波导。中间光纤30的芯31的大小为桥接光纤20的桥接射出面27上的纤芯21的大小以上，桥接光纤20和中间光纤30以桥接射出面27上的桥接光纤20的纤芯21位于中间光纤30的纤芯31的区域内的方式熔接连接。这样，中间光纤30构成为使从桥接光纤20传播来的第一激光向其芯31的内部传播。另外，为了抑制第一激光从桥接光纤20的纤芯21向中间光纤30的纤芯31入射时的反射，优选中间光纤30的纤芯31的折射率与桥接光纤20的纤芯21的折射率大致相同。

在本实施方式中，6根第二输入光纤40以包围该中间光纤30并与其外周面接触的方式配置，相邻的第二输入光纤40成为相互接触的状态。各第二输入光纤40具有纤芯41和覆盖纤芯41的周围的包层42。包层42的折射率比纤芯41的折射率低，在纤芯41的内部形成有供来自第二激光光源2B的第二激光传播的光波导。这样，第二输入光纤40构成为：使来自第二激光光源2B的第二激光传播到其芯41的内部，从射出端部40A(参照图3)射出。作为这样的第二输入光纤40，可以使用与上述第一输入光纤10相同种类的光纤。另外，第二输入光纤40具有在远离输出光纤50的位置处覆盖包层42的外周面的被覆层(未图示)。

图4是将输出光纤50的截面与沿半径方向的折射率分布一起表示的图。如图4所示，输出光纤50具有中心纤芯51、覆盖中心纤芯51的周围的内侧包层52、覆盖内侧包层52的周围的环形纤芯53、以及覆盖环形纤芯53的周围的外侧包层54。内侧包层52的折射率比中心纤芯51及环形纤芯53的折射率低，外侧包层54的折射率比环形纤芯53的折射率低。由此，在中心纤芯51的内部形成有供激光传播的第一光波导，在环形纤芯53的内部形成有供激光传播的第二光波导。在本实施方式中，作为具有比环形纤芯53的折射率低的折射率的低折射率介质，在环形纤芯53的周围形成有外侧包层54，但这样的低折射率介质并不限于外侧包层54那样的被覆层，例如也可以在环形纤芯53的周围形成空气层，将该空气层用作低折射率介质。另外，输出光纤50具有在远离中间光纤30和第二输入光纤40的位置处覆盖外侧包层54的外周面的被覆层(未图示)。

中间光纤30的射出端部和第二输入光纤40的射出端部40A分别与输出光纤50熔接连接。图5是表示中间光纤30及第二输入光纤40与输出光纤50的连接关系的示意图。在本实施方式中，输出光纤50的中心纤芯51的大小比中间光纤30的纤芯31大，如图5所示，中间光纤30和输出光纤50以中间光纤30的纤芯31位于输出光纤50的中心纤芯51的区域(内侧的阴影区域)内的方式熔接连接。另外，输出光纤50的环形纤芯53的大小为能够在内部包含第二输入光纤40的所有的纤芯41的大小，如图5所示，第二输入光纤40和输出光纤50以所有的第二输入光纤40的纤芯41位于输出光纤50的环形纤芯53的区域(外侧的阴影区域)内的方式熔接连接。

在这样的结构中，由第一激光光源2A生成的第一激光在第一输入光纤10的纤芯11中传播，从桥接光纤20的桥接入射面26入射至桥接光纤20的纤芯21。入射至桥接光纤20的纤芯21的激光一边在纤芯21和包层22的界面处反射一边在桥接光纤20的纤芯21中传播，在通过缩径部24使其光束直径变小的状态下从桥接射出面27入射至中间光纤30的纤芯31。入射至中间光纤30的纤芯31的激光在纤芯31的内部中传播而入射至输出光纤50的中心纤芯51，在第一光波导即中心纤芯51的内部中传播而从激光射出部4(参照图1)射出。另外，由第二激光光源2B生成的第二激光在第二输入光纤40的纤芯41中传播，入射至输出光纤50的环形纤芯53。入射至输出光纤50的环形纤芯53的激光在第二光波导即环形纤芯53的内部中传播而从激光射出部4(参照图1)射出。

这样，在本实施方式中，当使在第一输入光纤10的纤芯11及第二输入光纤40的纤芯41中传播的激光分别向输出光纤50的中心纤芯51和环形纤芯53导入时，由于将在第一输入光纤10的纤芯11中传播的光通过桥接光纤20减小光束直径后导入输出光纤50的中心纤芯51，因此能够以不减小第一输入光纤10的直径的方式将第一输入光纤10与桥接光纤20连接。因此，由于能够保持第一输入光纤10的机械强度，因此光合并器3的制造也容易。另外，由于能够以不减小第一输入光纤10的直径的方式增加第一输入光纤10的数量，因此也容易使向输出光纤50的中心纤芯51导入的激光的功率提高，也容易对在中心纤芯51中传播的激光与在环形纤芯53中传播的激光的输出平衡进行调整。由此，能够从激光装置1的激光射出部4输出具有期望的光束轮廓的激光。

另外，通过控制部5控制第一激光光源2A(例如向第一激光光源2A供给的电流)，能够调整由第一激光光源2A生成的第一激光的输出，另外，控制第二激光光源2B(例如向第二激光光源2B供给的电流)，能够调整由第二激光光源2B生成的第二激光的输出。因此，通过控制部5控制第一激光光源2A和第二激光光源2B，能够使第一激光和第二激光的强度的比例变化，并能够调整导入输出光纤50的中心纤芯51的第一激光与导入环形纤芯53的第二激光的比例。这样，能够容易地使从激光装置1的激光射出部4输出的激光的轮廓成为期望的形状。

在本实施方式中，由于中间光纤30的纤芯31位于输出光纤50的中心纤芯51的区域内，因此能够将在中间光纤30的纤芯31中传播的激光有效地导入输出光纤50的中心纤芯51。另外，同样地，在本实施方式中，由于所有的第二输入光纤40的纤芯41位于输出光纤50的环形纤芯53的区域内，因此能够将在第二输入光纤40的纤芯41中传播的激光有效地导入输出光纤50的环形纤芯53。另外，在这种情况下，也可以并非所有的第二输入光纤40的纤芯41，而是一部分第二输入光纤40的纤芯41位于输出光纤50的环形纤芯53的区域内。

另外，如图5所示，优选中间光纤30的包层32的外周缘位于输出光纤50的内侧包层52的区域(内侧的阴影区域和外侧的阴影区域之间的区域)内。当中间光纤30的包层32的外周缘位于输出光纤50的内侧包层52的区域内时，位于中间光纤30的外侧的第二输入光纤40都位于输出光纤50的中心纤芯51的外侧的区域，因此能够抑制在第二输入光纤40的纤芯41中传播的激光混入到从中间光纤30的纤芯31入射至输出光纤50的中心纤芯51的激光中。

另外，如图5所示，优选第二输入光纤40的外周缘的至少一部分位于输出光纤50的内侧包层52的区域(内侧的阴影区域和外侧的阴影区域之间的区域)内。当第二输入光纤40的外周缘的至少一部分位于输出光纤50的内侧包层52的区域内时，位于第二输入光纤40的内侧的中间光纤30容易位于输出光纤50的环形纤芯53的内侧的区域，因此能够抑制在中间光纤30的纤芯31中传播的激光混入到从第二输入光纤40的纤芯41入射至输出光纤50的环形纤芯53的激光中。

例如，如果反射光从激光射出部4返回，则认为该反射光在光合并器3的内部漏出。在专利文献1所记载的现有的光合并器中，由于中心侧光纤和外侧光纤与输出光纤的同一面连接，因此在输出光纤的中心纤芯中传播的反射光和在外侧纤芯中传播的反射光有可能从输出光纤的一个面漏出，局部的发热量增多。与此相对，在本实施方式中，由于第一输入光纤10与桥接光纤20的桥接入射面26连接，第二输入光纤40与输出光纤50连接，因此在输出光纤50的中心纤芯51中传播的反射光从桥接光纤20的桥接入射面26漏出，在环形纤芯53中传播的反射光从输出光纤50的端面漏出。这样，在本实施方式中，由于在中心纤芯51中传播的反射光所漏出的面与在环形纤芯53中传播的反射光所漏出的面不同，因此反射光分散而能够降低局部的发热。因此，也降低了光合并器3发生故障的风险。

例如可以是，在利用本实施方式中的激光装置1对薄金属板即加工对象物进行切断时，使用激光L的中心侧的光功率密度较高的小直径的圆形形状的光束，在对厚金属板即加工对象物进行切断时，使用在从光束腰部向激光传播方向(加工对象物的厚度方向)偏移的位置的光斑直径或光功率密度的变化率较小的大直径圆环形状的光束。这样的大直径圆环形状的光束与圆形形状的光束相比而言，具有在光束直径和光束输出相同的情况下能够增大光束腰部的光功率密度的优点，适于切断厚板。

但是，如果在激光射出部4中从输出光纤50的环形纤芯53射出的激光的射出角度比从中心纤芯51射出的激光的射出角度大，则适于切断厚板的大直径圆环形状的光束的优越性降低。这是因为，如果光的射出角变大，则功率密度的降低会随着远离焦点位置而变大，因此如果加工对象物变厚，则会导致相对于厚度方向而言无法得到切断所需的功率密度。

基于这样的观点，可以使光合并器3以如下方式构成，即：使得从输出光纤50的环形纤芯53射出的激光的射出角度，比从中心纤芯51射出的激光的射出角度小。例如，在使用同等性能的光源作为激光光源2A、2B的情况下，可以使从第二输入光纤40向输出光纤50的环形纤芯53射出的光的NA，比从第一输入光纤10通过桥接光纤20及中间光纤30向输出光纤50的中心纤芯51射出的光的NA低。关于这里所说的光的NA，当设供光束传播的纤芯的折射率为n、该光束的传播角为θ时，是指由NA＝nsinθ定义的量。另外，在本说明书中，激光光源的“同等的性能”是容许指制造上的偏差的范围内的性能，例如可举出光束参数积(BPP)在±20％的范围内的性能。

为了降低从第二输入光纤40向输出光纤50的环形纤芯53射出的光的NA，例如可以是，以如下方式在第二输入光纤40上形成缩径部，即：使得在与输出光纤50的环形纤芯53连接的部分，第二输入光纤40的直径最小。在这种情况下，如果将第二输入光纤40的未缩径的部分的纤芯41的直径相对于与输出光纤50的环形纤芯53连接的第二输入光纤40的缩径部的端面上的纤芯41的直径之比定义为第二输入光纤40的缩径部的缩径率，则就输出适于切断厚板的激光L的方面而言，优选第二输入光纤40的缩径部的缩径率，小于桥接光纤20的桥接入射面26上的纤芯21的直径相对于与输出光纤50的中心纤芯51连接的中间光纤30的纤芯31的直径之比。

或者，如图6所示，也可以在第二输入光纤40和输出光纤50之间设置光调整部件60，该光调整部件60具有减小在内部传播的激光的射出角度的功能。作为这样的光调整部件60，例如可以使用折射率从中心轴向半径方向外侧逐渐降低的GRIN(Graded Index或Gradient Index)透镜部件。通过这样的光调整部件60，减小在第二输入光纤40的纤芯41中传播的激光的射出角度后再导入输出光纤50的环形纤芯53，由此能够降低从激光射出部4的环形纤芯53输出的激光的NA。因此，通过将这样的激光用于加工对象物W的加工，能够抑制加工对象物W的表面、内部、背面的光束直径及光功率密度的变动，例如能够对加工对象物W照射适于加工厚金属板的激光L。

另一方面，如果在激光射出部4中从输出光纤50的环形纤芯53射出的激光的射出角度与从中心纤芯51射出的激光的射出角度之间存在差，则在偏离聚光光学系统的焦点位置的散焦位置，来自环形纤芯53的激光与来自中心纤芯51的激光重叠，有可能导致加工性能的降低。基于该观点，也可以使用具有使在内部传播的第二激光的射出角度增加的功能的光调整部件来代替图6所示的光调整部件60。作为这样的光调整部件60，例如可以考虑具有比第二输入光纤40的模场直径大的模场直径的光纤、具有折射率从中心部朝向半径方向外侧的周缘部逐渐上升的折射率分布的圆柱状的透镜部件、直径从第二输入光纤40沿光轴方向逐渐变小的锥状部件、组合两个GRIN透镜部件而成的部件等。

但是，在激光在上述光合并器3中传播的期间，有时会产生从纤芯漏出并在包层中传播的包层模光。认为这样的包层模光在光合并器3的下游侧的输出光纤50中成为发热的原因，另外，也认为从激光射出部4向不希望的区域照射包层模光而使激光加工的品质降低。

特别地，如上述实施方式所示，在输出光纤50包含多个纤芯51、53的情况下，由于向各个纤芯51、53入射激光时产生的包层模光在同一输出光纤50的包层52、54中传播，因此与由单芯光纤构成输出光纤50的情况相比，有在输出光纤50中传播的包层模光增多的倾向。为了除去这样的包层模光，当在输出光纤50的中途设置包层模光除去部时，由于包层模光除去部的发热量增大，因此也认为不能充分地除去包层模光。

因此，如图7所示，也可以在中间光纤30的中途设置除去从中间光纤30的纤芯31泄漏到包层32的包层模光的第一包层模光除去部210，在输出光纤50的中途设置除去从输出光纤50的环形纤芯53泄漏到外侧包层54的包层模光的第二包层模光除去部220。根据这样的结构，泄漏到中间光纤30的包层32的包层模光在入射到输出光纤50之前在第一包层模光除去部210中被除去，因此能够降低第二包层模光除去部220中的发热量。作为这些包层模光除去部210、220，可以使用公知的包层模光除去结构。

已知如果对光纤施加负荷，则从光纤射出的光的射出角度变大。因此，为了在激光射出部4中控制从输出光纤50的中心纤芯51射出的激光的射出角度和从环形纤芯53射出的激光的射出角度，如图7所示，可以在中间光纤30的中途设置通过控制施加于中间光纤30的负荷来控制在中间光纤30的纤芯31中传播的光的NA的第一光控制部230，也可以在输出光纤50的中途设置通过控制施加于输出光纤50的负荷来控制在输出光纤50的中心纤芯51和环形纤芯53中传播的光的NA的第二光控制部240。例如，作为这样的光控制部230、240，有通过加热或温度分布的形成对光纤施加负荷的部件、对光纤施加弯曲的部件、对光纤施加侧压的部件等。

由第二光控制部240施加于输出光纤50的负荷主要对在位于外侧的环形纤芯53中传播的光产生影响，在中心侧的中心纤芯51中传播的光不会受到那么大的影响。另一方面，从中间光纤30射出至输出光纤50的中心纤芯51的光受到由第一光控制部230施加于中间光纤30的负荷的影响。因此，能够主要由第一光控制部230控制从输出光纤50的中心纤芯51射出的激光的射出角度，能够主要由第二光控制部240控制从环形纤芯53射出的激光的射出角度。

如图7所示，既可以设置包层模光除去部210、220和光控制部230、240双方，也可以仅设置任一方。在设置包层模光除去部210、220和光控制部230、240双方的情况下，有时由于光控制部230、240施加负荷而产生包层模光，因此，为了有效地除去产生的包层模光，如图7所示，优选将第一包层模光除去部210设置在第一光控制部230的下游侧，将第二包层模光除去部220设置在第二光控制部240的下游侧。

上述的输出光纤50并不限于图4所示的结构。例如，也可以使用图8所示的输出光纤150来代替上述的输出光纤50。图8所示的输出光纤150具有纤芯151、覆盖纤芯151的周围的内侧包层152、以及覆盖内侧包层152的周围的外侧包层153。内侧包层152的折射率比纤芯151的折射率低，外侧包层153的折射率比内侧包层152的折射率低。由此，在纤芯151的内部形成供激光传播的第一光波导，在内侧包层152和纤芯151的内部形成供激光传播的第二光波导。将这样的输出光纤150的纤芯151与中间光纤30的纤芯31熔接连接，将内侧包层152与第二输入光纤40的纤芯41熔接连接。另外，输出光纤150具有在远离中间光纤30和第二输入光纤40的位置处覆盖外侧包层153的外周面的被覆层(未图示)。

在这样的结构中，在第一输入光纤10的纤芯11中传播来的激光从桥接光纤20的桥入射面26入射至桥接光纤20的纤芯21，在通过缩径部24使其光束直径变小的状态下从桥入射面27入射至中间光纤30的纤芯31。入射至中间光纤30的纤芯31的激光在纤芯31中传播而入射至输出光纤150的纤芯151，在第一光波导即纤芯151的内部传播，从激光射出部4(参照图1)射出。另外，在第二输入光纤40的纤芯41中传播来的激光入射至输出光纤150的内侧包层152，在第二光波导即内侧包层152及芯151的内部传播，从激光射出部4(参照图1)射出。

在图8所示的输出光纤150中，作为具有比内侧包层152的折射率低的折射率的低折射率介质，在内侧包层152的周围形成有外侧包层153，但这样的低折射率介质并不限于外侧包层153那样的被覆层，例如也可以在内侧包层152的周围形成空气层，将该空气层用作低折射率介质。

在上述实施方式中，说明了设置多个激光光源2B和多个输入光纤40的例子，但与输出光纤50、150的第二光波导连接的输入光纤40的数量也可以是一个，与该输入光纤40连接的激光光源2B的数量也可以是一个。另外，在上述实施方式中，说明了激光光源2A分别与多个输入光纤10连接的例子，但不需要将激光光源2A与多个输入光纤10的全部连接，也可以将激光光源2A与一个以上的输入光纤10连接。

至此，对本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明不限于上述实施方式，当然可以在其技术思想的范围内以各种不同的方式进行实施。

如上所述，根据本发明的第一方式，提供一种易于制造的光合并器，其能够向输出光纤的第一光波导和第二光波导分别导入激光。该光合并器具备：多个第一输入光纤，其分别包含纤芯；桥接光纤，其具有与上述多个第一输入光纤的上述纤芯连接的桥接入射面、随着沿光轴方向远离上述桥接入射面而直径逐渐变小的缩径部、以及在上述光轴方向上位于与上述桥接入射面相反侧的桥接射出面、中间光纤，其包含与上述桥接光纤的上述桥接射出面连接的纤芯；至少一个第二输入光纤，其包含纤芯；以及输出光纤，其包含与上述中间光纤的上述纤芯连接的第一光波导、和与上述至少一个第二输入光纤的上述纤芯连接的第二光波导。

根据这样的结构，由于将在多个第一输入光纤的纤芯中传播的光通过桥接光纤减小光束直径后导入输出光纤的第一光波导，因此能够在不减小第一输入光纤的直径的情况下将第一输入光纤与桥接光纤连接。因此，由于能够保持第一输入光纤的机械强度，由于光合并器的制造也容易。另外，由于能够在不减小第一输入光纤的直径的情况下增加第一输入光纤的数量，因此也容易提高导入输出光纤的第一光波导的光的功率，也容易调整在第一光波导传播的光和在第二光波导传播的光的输出平衡。

上述输出光纤优选具有：中心纤芯；内侧包层，其具有比上述中心纤芯的折射率低的折射率，且覆盖上述中心纤芯的周围；环形纤芯，其具有比上述内侧包层的折射率高的折射率，且覆盖上述内侧包层的周围；以及低折射率介质，其具有比上述环形纤芯的折射率低的折射率，且覆盖上述环形纤芯的周围。在这种情况下，上述中心纤芯构成上述第一光波导，上述环形纤芯构成上述第二光波导。

优选，上述中间光纤的外周缘位于上述输出光纤的上述内侧包层的区域。在这种情况下，由于位于中间光纤的径向外侧的第二输入光纤位于输出光纤的中心纤芯的外侧的区域，因此能够抑制在第二输入光纤的纤芯中传播的激光与从中间光纤的纤芯入射至输出光纤的中心纤芯的激光混合。

优选，上述中间光纤的上述纤芯位于上述输出光纤的上述中心纤芯的区域内。在这种情况下，能够将在中间光纤的纤芯中传播的激光有效地导入输出光纤的中心纤芯。

优选，上述至少一个第二输入光纤的外周缘的至少一部分位于上述输出光纤的上述内侧包层的区域中。在这种情况下，位于第二输入光纤的径向内侧的中间光纤容易位于输出光纤的环形纤芯的内侧的区域，因此能够抑制在中间光纤的纤芯中传播的激光与从第二输入光纤的纤芯入射至输出光纤的环形纤芯的激光混合。

优选，上述至少一个第二输入光纤的纤芯位于上述输出光纤的上述环形纤芯的区域内。在这种情况下，能够将在第二输入光纤的纤芯中传播的激光高效地导入输出光纤的环形纤芯。

上述输出光纤优选具备：纤芯；内侧包层，其具有比上述纤芯的折射率低的折射率，且覆盖上述纤芯的周围；以及低折射率介质，其具有比上述内侧包层的折射率低的折射率，且覆盖上述内侧包层的周围。在这种情况下，上述纤芯构成上述第一光波导，上述纤芯和上述内侧包层构成上述第二光波导。

上述至少一个第二输入光纤在与上述输出光纤的上述第二光波导连接的部分具有直径最小的缩径部。在这种情况下，可以是，上述至少一个第二输入光纤的上述缩径部的缩径率小于如下的比值，该比值是上述桥接光纤的上述桥接入射面上的纤芯的直径相对于与上述输出光纤的上述第一光波导连接的上述中间光纤的上述纤芯的直径的比值。

根据本发明的第二方式，提供一种激光装置，其能够输出具有期望的光束轮廓的激光。该激光装置具备：至少一个第一激光光源，其生成第一激光；至少一个第二激光光源，其生成第二激光；以及上述光合并器。上述光合并器的上述多个第一输入光纤中的至少一个与上述至少一个第一激光光源连接。上述光合并器的上述至少一个第二输入光纤与上述至少一个第二激光光源连接。

通过上述光合并器，也容易调整在输出光纤的第一光波导中传播的激光和在第二光波导中传播的激光的输出平衡，因此能够从激光装置输出具有期望的光束轮廓的激光。

另外，优选，上述激光装置还具备控制部，其通过对上述至少一个第一激光光源和上述至少一个第二激光光源进行控制，从而对由上述至少一个第一激光光源生成的第一激光的输出和由上述至少一个第二激光光源生成的第二激光的输出进行调整。利用这样的控制部，使由第一激光光源生成的第一激光的输出与由第二激光光源生成的第二激光的输出的比例发生变化，由此能够对导入输出光纤的第一光波导的第一激光和导入第二光波导的第二激光的比例进行调整。因此，能够容易地使从激光装置输出的激光的轮廓成为期望的形状。

在上述至少一个第一激光光源和上述至少一个第二激光光源具有同等的性能的情况下，通过与上述至少一个第二激光光源连接的上述至少一个第二输入光纤从上述输出光纤的上述第二光波导输出的上述第二激光的射出角度可以小于通过与上述至少一个第一激光光源连接的上述多个第一输入光纤中的至少一个第一输入光纤从上述输出光纤的上述第一光波导输出的第一激光的射出角度。

上述激光装置还可以具备：第一包层模光除去部，其除去从上述中间光纤的上述纤芯泄漏的包层模光；以及第二包层模光除去部，其除去从上述输出光纤的上述第二光波导泄漏的包层模光。根据这样的结构，从中间光纤的纤芯泄漏的包层模光在入射至输出光纤之前在第一包层模光除去部被除去，因此能够降低第二包层模光除去部中的发热量。

上述激光装置还可以具备：第一光控制部，其控制施加于上述中间光纤的负荷，控制在上述中间光纤的上述纤芯中传播的上述第一激光的射出角度；以及第二光控制部，其控制施加于上述输出光纤的负荷，至少控制在上述输出光纤的上述第二光波导中传播的第二激光的射出角度。根据这样的结构，能够主要通过第一光控制部控制从输出光纤的第一光波导射出的第一激光的射出角度，能够主要通过第二光控制部控制从输出光纤的第二光波导路射出的第二激光的射出角度。

本申请基于2019年9月30日提出的日本专利申请特愿2019-178605号和2019年9月30日提出的日本专利申请特愿2019-178523号，要求这些申请的优先权。这些申请的公开内容整体通过引用并入本说明书中。

工业实用性

本发明适用于使来自多个输入光纤的激光耦合并从输出光纤输出的光合并器。

附图标记说明

1-激光装置；2A-第一激光光源；2B-第二激光光源；3-光合并器；4-激光射出部；5-控制部；6、7-光纤；10-第一输入光纤；11-纤芯；12-包层；20-桥接光纤；21-纤芯；22-包层；23-第一圆筒部；24-缩径部；25-第二圆筒部；26-桥接入射面；27-桥接射出面；30-中间光纤；31-纤芯；32-包层；40-第二输入光纤；41-纤芯；42-包层；50-输出光纤；51-中心纤芯；52-内侧包层；53-环形纤芯；54-外侧包层(低折射率介质)；60-光调整部件；150-输出光纤；151-纤芯；152-内侧包层；153-外侧包层(低折射率介质)；210-第一包层模光除去部；220-第二包层模光除去部；230-第一光控制部；240-第二光控制部。

Claims (13)

1.一种光合并器，具备：

多个第一输入光纤，其分别包含纤芯；

桥接光纤，其具有与所述多个第一输入光纤的所述纤芯连接的桥接入射面、随着沿光轴方向远离所述桥接入射面而直径逐渐变小的缩径部、以及在所述光轴方向上位于与所述桥接入射面相反侧的桥接射出面；

中间光纤，其包含与所述桥接光纤的所述桥接射出面连接的纤芯；

至少一个第二输入光纤，其包含纤芯；以及

输出光纤，其包含与所述中间光纤的所述纤芯连接的第一光波导、和与所述至少一个第二输入光纤的所述纤芯连接的第二光波导，

所述输出光纤具有：

内侧包层；以及

环形纤芯，其具有比所述内侧包层的折射率高的折射率，且覆盖所述内侧包层的周围，

所述环形纤芯构成所述第二光波导，

所述环形纤芯的连接有所述至少一个第二输入光纤一侧的端面具有向外部露出的区域。

2.根据权利要求1所述的光合并器，其特征在于，

所述输出光纤具有：

中心纤芯，其具有比所述内侧包层的折射率高的折射率，且周围被所述内侧包层覆盖；以及

低折射率介质，其具有比所述环形纤芯的折射率低的折射率，且覆盖所述环形纤芯的周围，

所述中心纤芯构成所述第一光波导。

3.根据权利要求2所述的光合并器，其特征在于，

所述中间光纤的外周缘位于所述输出光纤的所述内侧包层的区域。

4.根据权利要求2或3所述的光合并器，其特征在于，

所述中间光纤的所述纤芯位于所述输出光纤的所述中心纤芯的区域内。

5.根据权利要求2或3所述的光合并器，其特征在于，

所述至少一个第二输入光纤的外周缘的至少一部分位于所述输出光纤的所述内侧包层的区域中。

6.根据权利要求2或3所述的光合并器，其特征在于，

所述至少一个第二输入光纤的所述纤芯位于所述输出光纤的所述环形纤芯的区域内。

7.一种光合并器，具备：

多个第一输入光纤，其分别包含纤芯；

桥接光纤，其具有与所述多个第一输入光纤的所述纤芯连接的桥接入射面、随着沿光轴方向远离所述桥接入射面而直径逐渐变小的缩径部、以及在所述光轴方向上位于与所述桥接入射面相反侧的桥接射出面；

中间光纤，其包含与所述桥接光纤的所述桥接射出面连接的纤芯；

至少一个第二输入光纤，其包含纤芯；以及

输出光纤，其包含与所述中间光纤的所述纤芯连接的第一光波导、和与所述至少一个第二输入光纤的所述纤芯连接的第二光波导，

所述输出光纤具备：

纤芯；

内侧包层，其具有比所述纤芯的折射率低的折射率，且覆盖所述纤芯的周围；以及

低折射率介质，其具有比所述内侧包层的折射率低的折射率，且覆盖所述内侧包层的周围，

所述输出光纤的所述纤芯构成所述第一光波导，

所述输出光纤的所述纤芯和所述内侧包层构成所述第二光波导，

所述内侧包层的连接有所述至少一个第二输入光纤的所述纤芯一侧的端面具有向外部露出的区域。

8.根据权利要求1至3以及7中任一项所述的光合并器，其特征在于，

所述至少一个第二输入光纤在与所述输出光纤的所述第二光波导连接的部分具有直径最小的缩径部，

所述至少一个第二输入光纤的所述缩径部的缩径率小于如下的比值，该比值是所述桥接光纤的所述桥接入射面上的纤芯的直径相对于与所述输出光纤的所述第一光波导连接的所述中间光纤的所述纤芯的直径的比值。

9.一种激光装置，具备：

至少一个第一激光光源，其生成第一激光；

至少一个第二激光光源，其生成第二激光；以及

权利要求1至3以及7中任一项所述的光合并器，

所述光合并器的所述多个第一输入光纤中的至少一个与所述至少一个第一激光光源连接，

所述光合并器的所述至少一个第二输入光纤与所述至少一个第二激光光源连接。

10.根据权利要求9所述的激光装置，其特征在于，

还具备控制部，其通过对所述至少一个第一激光光源和所述至少一个第二激光光源进行控制，从而对由所述至少一个第一激光光源生成的第一激光的输出和由所述至少一个第二激光光源生成的第二激光的输出进行调整。

11.根据权利要求9所述的激光装置，其特征在于，

所述至少一个第一激光光源和所述至少一个第二激光光源具有同等的性能，

就通过与所述至少一个第二激光光源连接的所述至少一个第二输入光纤并从所述输出光纤的所述第二光波导输出的所述第二激光的射出角度而言，其小于通过与所述至少一个第一激光光源连接的所述多个第一输入光纤中的至少一个并从所述输出光纤的所述第一光波导输出的第一激光的射出角度。

12.根据权利要求9所述的激光装置，其特征在于，

还具备：

第一包层模光除去部，其将从所述中间光纤的所述纤芯泄漏的包层模光除去；以及

第二包层模光除去部，其将从所述输出光纤的所述第二光波导泄漏的包层模光除去。

13.根据权利要求9所述的激光装置，其特征在于，

还具备：

第一光控制部，其控制施加于所述中间光纤的负荷，并控制在所述中间光纤的所述纤芯中传播的所述第一激光的射出角度；以及

第二光控制部，其控制施加于所述输出光纤的负荷，并至少控制在所述输出光纤的所述第二光波导中传播的第二激光的射出角度。