JP2013178497A - 光ファイバ、及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工精度の低下を抑制可能な光ファイバ、及びレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】 光ファイバ４のコア４０は順に配置された第１の領域４１、第２の領域４２及び第３の領域４３を含む。第２の領域４２の屈折率は、第１の領域４１及び第３の領域４３の屈折率よりも小さい。光ファイバ４よれば、入射端４ａから入射したレーザ光Ｌのうちの主に第１の領域４１を導波する成分と、第３の領域４３を導波する成分とによって、出射されるレーザ光Ｌの出力に分布を生じさせることが可能となる。よって、光ファイバ４によれば、加工対象物６の加工に際して複数のレーザ光を重畳させる必要がないので、加工精度の低下を抑制することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ファイバ、及びレーザ加工装置に関する。

特許文献１には、低エネルギー密度のレーザ光と高エネルギー密度のレーザ光とを用いて被加工物の加工を行うレーザスポット溶接方法が記載されている。このレーザスポット溶接方法においては、まず、低エネルギー密度のレーザ光を被加工物に照射している間に、高エネルギー密度のレーザ光を被加工物に照射することによって被加工物に穴を形成する。このとき、２つのレーザ光は互いに重畳されている。続いて、このレーザスポット溶接方法においては、穴が形成された被加工物に対して低エネルギー密度のレーザ光を単独で照射することにより、当該穴の内部でそのレーザ光を多重散乱させて、被加工物を溶融させている。

特許第４０９８０２４号公報

特許文献１に記載の方法は、上述したように、低エネルギー密度のレーザと高エネルギー密度のレーザとを重畳して照射する工程と、低エネルギー密度のレーザ光のみを照射する工程とを順に実施することによって、純銅や純アルミ等の高反射率材料に対する加工品質の安定化を図っている。しかしながら、複数のレーザ光の重畳を高精度に行うことは一般に困難であるため、特許文献１に記載の方法では、加工精度が低下するおそれがある。

本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、加工精度の低下を抑制可能な光ファイバ、及びレーザ加工装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る光ファイバは、入射端に入射したレーザ光を導波して出射端から出射する光ファイバであって、入射端から出射端に向かう所定の方向に沿って延びるコアと、コアを覆うクラッドと、を備え、コアは、所定の方向に沿って延びる第１の領域と、第１の領域を覆う第２の領域と、第２の領域を覆う第３の領域とを含み、第２の領域の屈折率は、第１の領域の屈折率、及び第３の領域の屈折率よりも小さい、ことを特徴とする。

この光ファイバはコアとクラッドとを備え、コアは第１〜３の領域を含む。そして、第１の領域と第３の領域との間に位置する第２の領域の屈折率が、第１及び第３の領域の屈折率よりも小さい。このため、この光ファイバよれば、入射端から入射したレーザ光のうち、第１の領域を導波した成分の出力と、第３の領域を含む領域を導波した成分の出力とを互いに異ならせることが可能となる。その結果、例えば、出射端から出射したレーザ光のうちの相対的に高出力の成分によって加工対象物に加工開始点を形成し、相対的に低出力の成分によって加工対象物の本加工を行うといった加工が可能となるので、加工対象物が加工レーザ光に対して高反射率の材料であっても、安定した加工を行うことが可能となる。よって、この光ファイバによれば、加工対象物の加工に際して複数のレーザ光を重畳させる必要がないので、加工精度の低下を抑制することが可能となる。

本発明に係る光ファイバにおいては、所定の方向に直交する方向についての第２の領域の幅を、５μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。この場合、第２の領域の幅が５μｍ以上であるので、第１の領域と第３の領域との間の光学的な分離が必要十分に行える。また、第２の領域の幅が５０μｍ以下であるので、第１の領域を導波した光と第３の領域を含む領域を導波した光との間の境界が出射端において顕在化することを避けることができる。

本発明に係る光ファイバにおいては、第１の領域及び／又は第３の領域は、塩素を０．２ｗｔ％以上含む純シリカからなるものとすることができる。

本発明に係る光ファイバにおいては、第１の領域の開口数を、第３の領域の開口数以下にすることができる。この場合、第３の領域から出射される光の強度を確保することができる。

本発明に係る光ファイバにおいては、第１の領域は、純シリカからなり、第２の領域は、フッ素を含むシリカからなり、第３の領域は、純シリカ又はフッ素を含むシリカからなり、クラッドは、フッ素を含むシリカからなるものとすることができる。この場合、所望の屈折率プロファイルを正確に形成することが可能となると共に、低ロス且つ割れにくくコアを構成することができる。なお、ここでの純シリカは、塩素を微量に含有する場合を含む。

本発明に係る光ファイバにおいては、第１の領域の断面形状は、楕円、正方形、及び長方形のいずれかであり、第２の領域の断面形状は、楕円、正方形、及び長方形のいずれかであり、第３の領域の断面形状は、楕円、正方形、及び長方形のいずれかであるものとすることができる。

本発明に係る光ファイバにおいては、第１の領域の断面形状は、円、楕円、正方形、及び長方形のいずれかであり、第２の領域の断面形状は、円、楕円、正方形、及び長方形のいずれかであり、第３の領域の断面形状は、円、楕円、正方形、及び長方形のいずれかであり、第１の領域の断面形状と前記第２の領域の断面形状とは、互いに同一であり、第３の領域の断面形状は、第１の領域の断面形状及び第２の領域の断面形状と異なるものとすることができる。

ここで、上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光の照射により加工対象物の加工を行うためのレーザ加工装置であって、上記の光ファイバと、レーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光源から出力されたレーザ光を光ファイバの入射端から光ファイバに入射させるための入射側光学系と、光ファイバの出射端から出射されたレーザ光を加工対象物に照射するための出射側光学系と、を備えることを特徴とする。このレーザ加工装置は、上述した光ファイバを備えている。したがって、このレーザ加工装置によれば、加工精度の低下を抑制することができる。

本発明に係るレーザ加工装置においては、入射側光学系は、入射端におけるレーザ光の開口数が、第１の領域の開口数と第３の領域の開口数との間の値となるようにレーザ光を第１の領域に集光しつつ、レーザ光を光ファイバに入射させることができる。この場合、光ファイバの第１の領域に入射したレーザ光の一部を第３の領域に漏出させることにより、第３の領域から出射される光の強度を確保することができる。

本発明に係るレーザ加工装置においては、入射側光学系は、入射端におけるレーザ光のビームスポットを第１の領域と第３の領域とにまたがるように位置させつつ、レーザ光を光ファイバに入射させることができる。この場合、例えばレーザ光を第１の領域に集光する場合に比べて、加工に必要な出力を維持しつつ光ファイバの入射端に照射するレーザ光の密度を相対的に低くすることが可能となる。したがって、光ファイバの入射端の損傷を抑制することが可能となる。

上記のレーザ加工装置は、入射端におけるレーザ光のビームスポットを第３の領域の外径以下の範囲において変化させることにより、第１の領域から出射するレーザ光の強度と第３の領域から出射するレーザ光の強度との比率を調整するビームスポット調整ユニットをさらに備えることができる。このような構成とすれば、加工用途に応じたビームプロファイルの調整が容易である。

本発明に係るレーザ加工装置においては、ビームスポット調整ユニットは、ビームエキスパンダの挿抜機構を備えることができる。

本発明によれば、加工精度の低下を抑制可能な光ファイバ、及びレーザ加工装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。 図１に示された光ファイバの構成を説明するための図である。 図１に示されたレーザ加工装置におけるレーザ光の光ファイバへの入射の態様と、光ファイバから出射したレーザ光の出力のプロファイルを示す図である。 図１に示されたレーザ加工装置におけるレーザ光の光ファイバへの入射の別の態様と、光ファイバから出射したレーザ光の出力のプロファイルを示す図である。 図１に示されたレーザ加工装置の変形例の概略構成を示す図である。 図５に示されたビームエキスパンダの一例を示す図である。 図１に示された光ファイバの変形例を示す模式的な断面図である。 図１に示された光ファイバの変形例を示す模式的な断面図である。

以下、本発明に係る光ファイバ、及びレーザ加工装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の図面においては、同一又は相当する要素には、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面中の寸法比率は、実際のものと異なる場合がある。

図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。図１に示されるように、本実施形態に係るレーザ加工装置１は、レーザ光源２、入射側レンズ（入射側光学系）３、光ファイバ４、及び出射側レンズ（出射側光学系）５を備えている。入射側レンズ３、光ファイバ４、及びレンズ５は、レーザ光源２から出力されるレーザ光Ｌの光軸に沿ってこの順で配置されている。

レーザ光源２は、加工対象物６を加工するためのレーザ光Ｌを出力する。入射側レンズ３は、レーザ光源２から出力されたレーザ光Ｌを光ファイバ４の入射端４ａから光ファイバ４に入射させる。光ファイバ４は、入射端４ａから入射した光を導波して出射端４ｂから出射する。出射側レンズ５は、光ファイバ４の出射端４ｂから出射されたレーザ光Ｌを加工対象物６の所定の加工位置に結像して照射する。なお、光ファイバ４は、レーザ加工用の光ファイバであって、入射端４ａ及び出射端４ｂのそれぞれにコネクタ（不図示）が取り付けられた状態で保持されている。

図２を参照して光ファイバ４の詳細について説明する。図２の（ａ）部は、光ファイバ４の入射端４ａから出射端４ｂに向かう方向（レーザ光Ｌの光軸の方向：所定の方向）に直交する面に沿っての光ファイバ４の断面図である。図２の（ａ）部に示されるように、光ファイバ４は、入射端４ａから出射端４ｂに向かう方向に沿って延びる断面略円形状のコア４０と、コア４０を覆う断面略円環状のクラッド５０とを有している。なお、図２の（ａ）部においては、クラッド５０の外側に設けられる被覆材が省略されている。

コア４０は、光ファイバ４の径方向内側から外側に向かって順に配置された第１の領域４１、第２の領域４２、及び第３の領域４３を含む。第１の領域４１、第２の領域４２、及び第３の領域４３は、それぞれ、入射端４ａから出射端４ｂに向かう方向に沿って延びている。第１の領域４１は、断面略円形状を呈している。第２の領域４２は、断面略円環状を呈しており、第１の領域４１を覆っている。第３の領域４３は、断面略円環状を呈しており、第２の領域４２を覆っている。

第１の領域４１は、例えば純シリカ（純シリカガラス）からなる。第１の領域４１の直径Ｄ１は、例えば１５０μｍ程度である。第２の領域４２は、例えば、フッ素を含むシリカ（シリカガラス）からなる。第２の領域４２の外径Ｄ２は、例えば２１０μｍ程度である。したがって、入射端４ａから出射端４ｂに向かう方向に直交する方向（光ファイバ４の径方向）についての第２の領域４２の幅Ｗ２は、例えば３０μｍ程度である。

第３の領域４３は、例えば純シリカ（純シリカガラス）（又はフッ素含むシリカ（シリカガラス））からなる。第３の領域４３の外径Ｄ３は、例えば６００μｍ程度である。したがって、第３の領域４３の断面積は、第１の領域４１の断面積よりも大きい。なお、ここでの「純シリカ」は、塩素を微量（例えば０．５ｗｔ％（フッ素を含まない純シリカの屈折率を基準（０．０％）としたときの比屈折率差にして０．０８％）程度）を含有する場合を含む。なお、クラッド５０は、フッ素を含むシリカ（シリカガラス）からなり、その外径Ｄ５は、例えば１０００μｍ程度である。

図２の（ｂ）部は、入射端４ａから出射端４ｂに向かう方向に直交する断面における光ファイバ４の屈折率プロファイルを示すグラフである。図２の（ｂ）部においては、塩素を含まない純シリカの屈折率を基準（０．０％）としたときの比屈折率差△ｎによって、光ファイバ４の屈折率プロファイルを示している。図２の（ｂ）部に示されるように、第１の領域４１の比屈折率差△ｎは、例えば０．０３％程度（塩素含有量にして０．２ｗｔ％）である。なお、第１の領域４１の屈折率は、図２の（ａ）部に示される断面内において略一定である。

第２の領域４２の比屈折率差△ｎは、例えば−０．２％程度である。第３の領域４３の比屈折率差△ｎは、第１の領域４１の比屈折率差△ｎと略同一であり、例えば０．０３％程度である。したがって、第２の領域４２の屈折率は、第１の領域４１の屈折率及び第３の領域４３の屈折率よりも小さい。なお、第３の領域４３の屈折率は、図２の（ａ）部に示される断面内において略一定である。また、ここでは、第１の領域４１及び第３の領域４３の屈折率は、第１の領域４１及び第３の領域４３を構成する純シリカが微量の塩素を含むことに起因して、塩素を含まない純シリカに比べて若干大きくなっている。

クラッド５０の比屈折率差△ｎは、例えば−０．７％程度である。したがって、第２の領域４２の屈折率はクラッド５０の屈折率よりも大きい。また、ここでは、図２の（ｃ）部に示されるように、第２の領域４２及びクラッド５０のシリカにフッ素を添加して屈折率を相対的に小さくすることにより、上記のような屈折率プロファイルを形成している。

このように、第２の領域４２及びクラッド５０にフッ素を添加することにより屈折率を相対的に小さくして上記の屈折率プロファイルを形成すれば、例えばゲルマニウムを第１の領域４１及び第３の領域４３に添加することにより第１の領域４１及び第３の領域４３の屈折率を相対的に大きくして上記の屈折率プロファイルを形成する場合と比較して、正確な屈折率プロファイルを形成することができる。特に、この場合には、レーザ光Ｌが主に導波する第１の領域４１及び第３の領域４３を純シリカにより構成することが可能となるので、ロスを低減することが可能となる。

また、このように第１の領域４１や第３の領域４３に微量（例えば０．２ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下程度）の塩素を添加することで、塩素を添加しない場合に比べて高屈折率部の最大屈折率を大きくできるので、第２の領域４２及びクラッド５０にフッ素を添加して形成する低屈折率部と組み合わせる場合に、実現できる最大開口数ＮＡを大きくできる。

さらに、本実施形態においては、第２の領域４２の幅Ｗ２を５μｍ以上とすることで、第１の領域４１と第３の領域４３との光学的な分離を実現できるが、この場合、入射端４ａにおいてはフッ素が添加された一定以上の断面積を有する第２の領域４２にも比較的パワー密度の高いレーザ光を照射することになる。このとき、フッ素の添加量に応じて第２の領域４２、又は第２の領域４２とその隣接領域との両側界面において損傷が発生することがある。これに対して、上記のように、第１の領域４１や第３の領域４３に微量の塩素を添加して屈折率を大きくすることで、第２の領域４２のフッ素の添加量を減らすことが可能となる。よって、高出力レーザ光をファイバ端部に入射する場合、ファイバ全体として耐損傷性が向上する。

ここで、第１の領域４１の開口数ＮＡ（第１の領域４１と第２の領域４２とで規定される開口数ＮＡ）は、０．０５〜０．１５の範囲とすることができ、例えば０．１０程度である。また、第３の領域４３の開口数ＮＡ（第３の領域４３とクラッド５０とで規定される開口数ＮＡ）は、０．１５〜０．２５の範囲とすることができ、例えば０．１８程度である。したがって、第１の領域４１の開口数ＮＡは、第３の領域４３の開口数ＮＡ以下である。

以上のように構成される光ファイバ４に対して、レーザ加工装置１においては、次のようにレーザ光Ｌを入射させる。すなわち、図３の（ａ）部に示されるように、レーザ加工装置１の入射側レンズ３は、レーザ光源２から出力されたレーザ光Ｌを、光ファイバ４の入射端４ａにおいて第１の領域４１に集光しつつ光ファイバ４に入射させる。光ファイバ４の入射端４ａにおけるレーザ光Ｌの開口数ＮＡは、例えば、０．０６程度といったように第１の領域４１の開口数ＮＡ及び第３の領域４３の開口数ＮＡよりも小さくしてもよいし、０．１２程度といったように第１の領域４１の開口数ＮＡと第３の領域４３の開口数ＮＡとの間の値としてもよい。

以上のようなレーザ加工装置１においては、第１の領域４１に入射したレーザ光Ｌの一部を第３の領域４３に漏出させつつ、レーザ光Ｌが光ファイバ４を導波することとなるので、光ファイバ４の出射端４ｂにおいて図３の（ｂ）部に示されるようなプロファイルを有するレーザ光Ｌを得ることができる。より具体的には、第１の領域４１に入射したレーザ光Ｌのうち、断面積が相対的に小さい第１の領域４１を導波した成分Ｐ１の出力が相対的に高くなり、断面積が相対的に大きい第３の領域４３を含む領域を導波した成分Ｐ２の出力が相対的に低くなる。

その結果、光ファイバ４の出射端４ｂから出射したレーザ光Ｌのうちの相対的に高出力の成分Ｐ１によって加工対象物６に加工開始点を形成し、相対的に低出力の成分Ｐ２によって加工対象物６の本加工を行うといった加工が可能となる。よって、レーザ加工装置１（光ファイバ４）によれば、加工対象物６の加工に際して複数のレーザ光を重畳させる必要がないので、加工精度の低下を抑制することが可能となる。また、加工対象物が加工レーザ光（レーザ光Ｌ）に対して高反射率の材料であっても、安定した加工を行うことが可能となる。

また、光ファイバ４のコア４０が、第１の領域４１の屈折率、及び第３の領域４３の屈折率よりも小さい屈折率を有する第２の領域４２を含むので、第３の領域４３とその外周のクラッド５０、及び、第１の領域４１と第２の領域４２の双方に十分な屈折率差を付与することができる。そのため、光ファイバ４に曲げが加わったとしてもレーザ光Ｌが漏れることを防止でき、安全性の高いレーザ加工装置の提供に資することができる。

さらに、第２の領域４２の屈折率を相対的に低下させることにより、第１の領域４１及び第３の領域４３の屈折率が相対的に大きい屈折率プロファイルを形成するので、屈折率プロファイル全体における最大屈折率と最小屈折率との差を抑えながら、第１の領域４１及び第３の領域４３がより広い範囲の開口数ＮＡを持つ光ファイバを製造できる。これにより、純シリカへ添加物を過剰に加えることなく、製造上の純シリカへの添加物量の制約範囲内において、より広い屈折率分布を実現できる。

なお、図３の（ｂ）部に示されるプロファイルは、光ファイバ４に入射するレーザ光Ｌの波長を１０６４ｎｍとし、光ファイバ４の入射端４ａにおけるレーザ光Ｌの開口数ＮＡを０．０６とし、光ファイバ４の入射端４ａにおけるレーザ光Ｌのビーム径を４０μｍとしたときに得られたものである。

ここで、一般に、複数のレーザ光を重畳する場合には、装置構成が複雑で大掛かりなものとなる。これに対して、レーザ加工装置１（光ファイバ４）によれば、加工対象物６の加工に際して複数のレーザ光を重畳する必要がないので、装置構成が複雑で大掛かりなものとなることを避けることが可能となる。

以上の実施形態は、本発明に係る光ファイバ及びレーザ加工装置の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明に係る光ファイバ及びレーザ加工装置は、上述した光ファイバ４及びレーザ加工装置１に限定されない。本発明に係る光ファイバ及びレーザ加工装置は、特許請求の範囲に記された各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述した光ファイバ４及びレーザ加工装置１を任意に変形したものとすることができる。

例えば、レーザ加工装置１におけるレーザ光Ｌの光ファイバ４への入射の態様は上述したものに限定されない。すなわち、レーザ加工装置１においては、図４の（ａ）部に示されるようにレーザ光Ｌを光ファイバ４へ入射させることができる。この場合には、入射側レンズ３は、レーザ光源２から出力されたレーザ光Ｌのビームスポットを光ファイバ４の入射端４ａにおいて第１の領域４１と第３の領域４３とにまたがるように位置させつつ、レーザ光Ｌを光ファイバ４に入射させる。特に、この場合には、入射側レンズ３によりレーザ光Ｌのディフォーカスを行うことによって、レーザ光Ｌのビームスポットを、光ファイバ４の入射端４ａにおいて第１の領域４１の全体を含みつつ第３の領域４３にまたがるように位置させる。

このようにレーザ光Ｌを光ファイバ４に入射させることにより、例えば図３の（ａ）部に示される態様によってレーザ光Ｌを光ファイバ４に入射させる場合と比較して、第３の領域４３を導波するレーザ光Ｌの成分が増加する。それにより、図４の（ｂ）部に示されるように、低出力の成分Ｐ２の出力が増大されたプロファイルを有するレーザ光Ｌを得ることができる。

このため、例えば図３の（ａ）部に示される態様によってレーザ光Ｌを光ファイバ４に入射させる場合と比較して、加工対象物６の加工に必要なレーザ光Ｌの出力を維持しつつ光ファイバ４の入射端４ａに照射するレーザ光Ｌの密度を相対的に低くすることが可能となる。したがって、この場合には、光ファイバ４の入射端４ａの損傷を抑制することが可能となる。

なお、図４の（ｂ）部に示されるプロファイルは、光ファイバ４に入射するレーザ光Ｌの波長を１０６４ｎｍとし、光ファイバ４の入射端４ａにおけるレーザ光Ｌの開口数ＮＡを０．０６とし、光ファイバ４の入射端４ａにおけるレーザ光Ｌのビーム径を５００μｍとしたときに得られたものである。

ここで、このようなレーザ加工装置１は、光ファイバ４の入射端４ａにおけるレーザ光Ｌのビームスポットを、第２の領域４２の外径Ｄ２より大きく、且つ、第３の領域４３の外径以下の範囲において変化させることにより、第１の領域４１から出射するレーザ光の出力強度と第３の領域４３から出射するレーザ光の出力強度の比率を調整するビームスポット調整ユニットをさらに備えることができる。

ビームスポット調整ユニットは、入射端４ａにおけるレーザ光Ｌのビームスポット径を変化させるものであり、例えば、入射側光学系が含む集光レンズ等の集光光学系（ここでは入射側レンズ３）と光ファイバ４の入射端４ａとの距離を調整することによって、入射端４ａにおけるレーザ光Ｌのビームスポットの大きさを変化させる制御部７（図５の（ａ）部参照）や、ビームエキスパンダ８（図５の（ｂ）部参照）等である。

図５の（ａ）部に示されるように、制御部７は、光ファイバ４の入射端４ａにおけるレーザ光Ｌのビームスポット径を変化させるように、入射側光学系を調整する。より具体的には、制御部７は、例えば、光ファイバ４の入射端４ａに対する入射側レンズ３の位置を、レーザ光Ｌの光軸に沿って（すなわち図中の矢印Ａの方向に沿って）調整する。

これにより、光ファイバ４の入射端４ａにおいて、第１の領域４１に入射するレーザ光の強度と第３の領域４３に入射するレーザ光の強度との比率を調整することができ、出射端４ｂにおいて第１の領域４１から出射するレーザ光の出力強度と、第３の領域４３から出射するレーザ光の出力強度の比率を調整することができる。

その結果、第１の領域４１から出射するレーザ光の出力強度と第３の領域４３から出射するレーザ光の出力強度との所望の比率、及び、それに対応する入射側光学系の設定条件（例えば、入射側レンズ３と入射端４ａとの距離）を示す情報を事前に取得して記憶部に格納しておけば、その格納された情報に基づいて加工用途に応じた当該比率の設定を行うことが容易となる。

図５の（ｂ）部に示されるビームエキスパンダ８は、例えば、図６に示されるようなレンズ系である。より具体的には、ビームエキスパンダ８としては、図６の（ａ）部に示されるように、入射したレーザ光Ｌを拡大する凹レンズを採用してもよいし、図６の（ｂ）部に示されるように、入射したレーザ光Ｌの開口数ＮＡを大きく変換し、結像させた後に拡大するレンズ系を採用してもよい。ここで、ビームスポット調整ユニットは、このようなビームエキスパンダ８をレーザ光Ｌの光路に対して挿抜する挿抜機構をさらに備えることができる。

以上のようにすれば、入射側光学系の設定を変更することなく、光ファイバ４の入射端４ａにおけるレーザ光Ｌのビームスポット径を変化させることができので、加工用途に応じたビームプロファイルの調整が容易である。

レーザ加工装置１におけるレーザ光Ｌの光ファイバ４への入射の態様は、上記の態様に限定されない。例えば、レーザ加工装置１においては、レーザ光Ｌのビームスポットを、光ファイバ４の入射端４ａにおいて第１の領域４１の一部のみを含みつつ第１の領域４１と第３の領域４３とにまたがるように位置させてレーザ光Ｌを光ファイバ４に入射させることができる。このように、レーザ加工装置１においては、所望するレーザ光Ｌの出力のプロファイルに応じて、任意の態様によってレーザ光Ｌを光ファイバ４に入射させることができる。

また、光ファイバ４の屈折率プロファイルとして、図２の（ｂ）部に示される態様を例示したが、光ファイバ４の屈折率プロファイルはこれに限定されない。例えば、図２の（ｂ）部においては、第１の領域４１の比屈折率差△ｎと第３の領域４３の比屈折率差△ｎとを略同一であるものとしたが、第１の領域４１の比屈折率差△ｎを第３の領域４３の比屈折率差△ｎよりも小さくしてもよいし、第３の領域４３の比屈折率差△ｎを第１の領域４１の比屈折率差△ｎよりも小さくしてもよい。

また、光ファイバ４の各部の寸法は、上述したものに限定されない。例えば、図２の（ａ）部に示される断面において、第１の領域４１の直径Ｄ１を５０μｍ程度とし、第２の領域４２の外径Ｄ２を８０μｍ程度とし、第３の領域４３の外径Ｄ３を２００μｍ程度とすることができる。この場合には、入射端４ａから出射端４ｂに向かう方向に直交する方向についての第２の領域４２の幅Ｗ２は、例えば１５μｍ程度となる。このように、光ファイバ４の各部の寸法は、レーザ加工に適した範囲において任意に設定することが可能であるが、第２の領域４２の幅Ｗ２は、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲であることが好ましい。

また、光ファイバ４の第３の領域４３から外側に漏れた光によって被覆材に損傷が生じることを防止する目的から、例えば、クラッド５０の屈折率よりも小さい屈折率の領域（例えば断面環状の低屈折率領域（トレンチ）や、物理的な穴等）をクラッド５０の中に設けたり、或いは、クラッド５０の外側にさらに別のクラッドを形成したりすることができる。

さらに、光ファイバ４のコア４０の断面形状は、円形状に限定されず、例えば、楕円形状や矩形状とすることができる。その場合には、第１の領域４１の断面形状は楕円形状や矩形状となり、第２の領域４２及び第３の領域４３の断面形状は楕円環状や矩形環状となる。図７にコア４０の断面形状の例を示す。図７の（ａ）は、コア４０の断面形状が楕円形状である例であり、図７の（ｂ）は、コア４０の断面形状が矩形状である場合の例である。図７の（ａ）の例では、第１の領域４１の断面形状は楕円であり、第２の領域４２及び第３の領域の断面形状も楕円（楕円環状）である。また、図７の（ｂ）の例では、第１の領域４１の断面形状は長方形であり、第２の領域４２及び第３の領域４３の断面形状も長方形（長方形環状）である。なお、図７の（ｂ）の例において、長軸と短軸の長さの比は任意とすることができる。つまり、コア４０の断面形状は正方形であってもよい。

図８にコア４０の断面形状の他の例を示す。図８に示されるように、コア４０においては、第１の領域４１の断面形状（第２の領域４２の断面形状）と第３の領域４３の断面形状とが互い異なっていてもよい。図８の（ａ）の例では、第１の領域４１の断面形状及び第２の領域４２の断面形状が円形（円環状）であり、第３の領域４３の断面形状（断面の外形）が矩形（正方形）である。また、図８の（ｂ）の例では、第１の領域４１の断面形状及び第２の領域４２の断面形状が正方形（正方形環状）であり、第３の領域４３の断面形状（断面の外形）が円形である。

図７及び図８に示した各領域４１〜４３の断面形状及びその組み合わせは一例であり、加工対象物６の形状や加工目的に応じて適宜選択することができる。例えば、コア４０においては、第１の領域４１の断面形状は、円、楕円、正方形、及び長方形のいずれかから選択され、第２の領域４２の断面形状は、円、楕円、正方形、及び長方形のいずれかから選択され、第３の領域４３の断面形状は、円、楕円、正方形、及び長方形のいずれかから選択され得る。そして、第１の領域４１の断面形状と第２の領域４２の断面形状とは、互いに同一とすることができ、第３の領域４３の断面形状は、第１の領域４１の断面形状及び第２の領域４２の断面形状と異ならせることができる。

特に、第１の領域４１の断面形状と第３の領域４３の断面形状が異なる場合、第２の領域４２の断面形状は、第１の領域４１の断面形状と同様の形状であることが好ましく、第２の領域４２の幅Ｗ２は、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。このようにすることで、第１の領域４１と第３の領域４３との間の光学的な分離を必要十分に行いつつ、出射端４ｂにおいて第２の領域４２による境界の顕在化を避けることができる。このようなコア断面形状とすることで、出射されるビームの断面強度プロファイルもコア断面形状に応じた形状が得られる。したがって、加工対象物６に応じたコア断面形状とすることにより、より精度の高い効率的な加工が実現される。

１…レーザ加工装置、２…レーザ光源、３…入射側レンズ、４…光ファイバ、４ａ…入射端、４ｂ…出射端、５…出射側レンズ、６…加工対象物、４１…第１の領域、４２…第２の領域、４３…第３の領域、５０…クラッド、Ｌ…レーザ光。

Claims (12)

1. 入射端に入射したレーザ光を導波して出射端から出射する光ファイバであって、
   前記入射端から前記出射端に向かう所定の方向に沿って延びるコアと、
   前記コアを覆うクラッドと、を備え、
   前記コアは、前記所定の方向に沿って延びる第１の領域と、前記第１の領域を覆う第２の領域と、前記第２の領域を覆う第３の領域とを含み、
   前記第２の領域の屈折率は、前記第１の領域の屈折率、及び前記第３の領域の屈折率よりも小さい、ことを特徴とする光ファイバ。
2. 前記所定の方向に直交する方向についての前記第２の領域の幅は、５μｍ以上５０μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
3. 前記第１の領域及び／又は第３の領域は、塩素を０．２ｗｔ％以上含む純シリカからなる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ。
4. 前記第１の領域の開口数は、前記第３の領域の開口数以下である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバ。
5. 前記第１の領域は、純シリカからなり、
   前記第２の領域は、フッ素を含むシリカからなり、
   前記第３の領域は、純シリカ又はフッ素を含むシリカからなり、
   前記クラッドは、フッ素を含むシリカからなる、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
6. 前記第１の領域の断面形状は、楕円、正方形、及び長方形のいずれかであり、
   前記第２の領域の断面形状は、楕円、正方形、及び長方形のいずれかであり、
   前記第３の領域の断面形状は、楕円、正方形、及び長方形のいずれかである、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
7. 前記第１の領域の断面形状は、円、楕円、正方形、及び長方形のいずれかであり、
   前記第２の領域の断面形状は、円、楕円、正方形、及び長方形のいずれかであり、
   前記第３の領域の断面形状は、円、楕円、正方形、及び長方形のいずれかであり、
   前記第１の領域の断面形状と前記第２の領域の断面形状とは、互いに同一であり、
   前記第３の領域の断面形状は、前記第１の領域の断面形状及び前記第２の領域の断面形状と異なる、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
8. レーザ光の照射により加工対象物の加工を行うためのレーザ加工装置であって、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の光ファイバと、
   前記レーザ光を出力するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出力された前記レーザ光を前記光ファイバの前記入射端から前記光ファイバに入射させるための入射側光学系と、
   前記光ファイバの前記出射端から出射された前記レーザ光を前記加工対象物に照射するための出射側光学系と、
   を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
9. 前記入射側光学系は、前記入射端における前記レーザ光の開口数が、前記第１の領域の開口数と前記第３の領域の開口数との間の値となるように前記レーザ光を前記第１の領域に集光しつつ、前記レーザ光を前記光ファイバに入射させる、ことを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
10. 前記入射側光学系は、前記入射端における前記レーザ光のビームスポットを前記第１の領域と前記第３の領域とにまたがるように位置させつつ、前記レーザ光を前記光ファイバに入射させる、ことを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
11. 前記入射端における前記レーザ光のビームスポットを前記第３の領域の外径以下の範囲において変化させることにより、前記第１の領域から出射するレーザ光の強度と前記第３の領域から出射するレーザ光の強度との比率を調整するビームスポット調整ユニットをさらに備える、ことを特徴とする請求項１０に記載のレーザ加工装置。
12. 前記ビームスポット調整ユニットは、ビームエキスパンダの挿抜機構を備える、ことを特徴とする請求項１１に記載のレーザ加工装置。

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