JP2017156633A - Laser system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のレーザ光を光学的に結合した大出力用のレーザシステムに関する。 The present invention relates to a laser system for high output in which a plurality of laser beams are optically coupled.
従来、医療機器や機械加工等に使用されるレーザ光の照射装置として、バンドルファイバを用いて複数のレーザ光を光学的に結合し、結合したレーザ光をデリバリファイバ(光ガイド)を用いて伝送して出力するレーザシステムが知られている(特許文献1参照。)。 Conventionally, as a laser beam irradiation device used in medical equipment and machining, a plurality of laser beams are optically coupled using a bundle fiber, and the combined laser beam is transmitted using a delivery fiber (light guide). A laser system that outputs the signal is known (see Patent Document 1).
特許文献1に記載のようなレーザシステムにおいて、近年は、ダイレクト・ダイオードレーザ(DDL)やマルチモード(MM)のファイバレーザ等の結合型光源を更に複数束ねた大出力用のレーザシステムが検討されている。しかしながら、このような大出力用のレーザシステムでは、デリバリファイバの出射の開口数(NA)を大きくするか、或いは光のファイバ径を大きくする必要がある。 In the laser system as described in Patent Document 1, in recent years, a high-power laser system in which a plurality of coupled light sources such as a direct diode laser (DDL) and a multimode (MM) fiber laser are further bundled has been studied. ing. However, in such a high-power laser system, it is necessary to increase the output numerical aperture (NA) of the delivery fiber or increase the optical fiber diameter.
デリバリファイバとしては通常はガラス系ファイバが用いられるが、ガラスファイバの開口数はドーパントの屈折率で制御されるため、開口数を拡大することには限界がある。また、デリバリファイバのファイバ径を大きくすると曲げることが困難となり、取り回しの面等での問題が生じる場合がある。このように、特性を劣化させずに効率良く大出力を得るレーザシステムを実現することは困難であった。 A glass-based fiber is usually used as the delivery fiber. However, since the numerical aperture of the glass fiber is controlled by the refractive index of the dopant, there is a limit to increasing the numerical aperture. Further, when the fiber diameter of the delivery fiber is increased, it is difficult to bend, and there may be a problem in handling. Thus, it has been difficult to realize a laser system that efficiently obtains a large output without degrading characteristics.
本発明は、小型化が可能で特性劣化が防止でき、効率良く大出力を得ることが可能なレーザシステムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a laser system that can be miniaturized, can prevent deterioration of characteristics, and can efficiently obtain a large output.
本発明の一態様は、(a)複数のレーザを有し、該複数のレーザの出力を光学的に結合した1次レーザ光をそれぞれ出力する複数の光源ユニットと、(b)1次レーザ光を光学的に結合して2次レーザ光を出力する光結合器と、(c)光結合器により出力された2次レーザ光を伝送する空孔コアファイバとを備え、空孔コアファイバの入射端において、空孔コアファイバが有する空孔コアを光結合器の出射端が塞いでいるレーザシステムであることを要旨とする。 In one embodiment of the present invention, (a) a plurality of light source units each having a plurality of lasers and outputting primary laser beams obtained by optically combining the outputs of the plurality of lasers, and (b) a primary laser beam. Are coupled optically to output secondary laser light, and (c) a hole core fiber that transmits the secondary laser light output by the optical coupler is provided. The gist of the present invention is that the laser system is such that, at the end, the exit core of the optical coupler covers the hole core of the hole core fiber.
本発明の一態様において、複数のレーザの個数をn1、開口数をNA1、複数のレーザが光を伝送する径をD1とし、光源ユニットの個数をn2、開口数をNA2、光源ユニットが1次レーザ光を伝送する径をD2とし、光結合器及び空孔コアファイバの開口数をNA3、光結合器及び空孔コアファイバが2次レーザ光を伝送する径をD3として、
n1(NA1×D1)<n2(NA2×D2)<NA3×D3
の関係を満たすことを要旨とする。
In one embodiment of the present invention, the number of lasers is n1, the numerical aperture is NA1, the diameter of the lasers that transmits light is D1, the number of light source units is n2, the numerical aperture is NA2, and the light source unit is primary. The diameter for transmitting the laser beam is D2, the numerical aperture of the optical coupler and hole core fiber is NA3, and the diameter of the optical coupler and hole core fiber transmitting the secondary laser beam is D3,
n1 (NA1 × D1) <n2 (NA2 × D2) <NA3 × D3
The main point is to satisfy this relationship.
本発明の一態様において、出射端の直径が、空孔コアの直径以上であることを要旨とする。 In one aspect of the present invention, the gist is that the diameter of the emission end is equal to or larger than the diameter of the hole core.
本発明の一態様において、空孔コアファイバが、空孔コアの外周に空孔コアの長手方向に伸びる空孔部を有し、出射端の断面積が、更に空孔部を塞ぐ大きさであることを要旨とする。 In one aspect of the present invention, the hole core fiber has a hole portion extending in the longitudinal direction of the hole core on the outer periphery of the hole core, and the cross-sectional area of the emission end is a size that further blocks the hole portion. It is a summary.
本発明の一態様において、出射端の中央部の屈折率が、中央部を囲む周辺部の屈折率よりも高いことを要旨とする。 In one aspect of the present invention, the gist is that the refractive index of the central portion of the emission end is higher than the refractive index of the peripheral portion surrounding the central portion.
本発明の一態様において、出射端及び空孔コアファイバの入射端の外周を被覆するコーティング層を更に備えることを要旨とする。 In one aspect of the present invention, the gist further includes a coating layer covering the outer periphery of the exit end and the entrance end of the hole core fiber.
本発明の一態様において、出射端の外周が、空孔コアの内壁に接するように、空孔コアの入射端側に挿入されていることを要旨とする。 In one aspect of the present invention, the gist is that the outer periphery of the emitting end is inserted on the incident end side of the hole core so as to be in contact with the inner wall of the hole core.
本発明の一態様において、1次レーザ光がダイレクト・ダイオード・レーザの出力光であることを要旨とする。 Another aspect of the present invention is that the primary laser light is output light of a direct diode laser.
本発明の一態様において、光結合器の開口数及び空孔コアファイバの開口数のそれぞれが、0.3以上であることを要旨とする。 In one aspect of the present invention, each of the numerical aperture of the optical coupler and the numerical aperture of the hole core fiber is 0.3 or more.
本発明の一態様において、空孔コアファイバの出力端を塞ぐ光学的に透明なエンドキャップを更に備えることを要旨とする。 Another aspect of the present invention is to further include an optically transparent end cap that closes the output end of the hole core fiber.
本発明の一態様において、出射端と空孔コアファイバの入射端の間に融着部が設けられていることを要旨とする。 In one aspect of the present invention, the gist is that a fused portion is provided between the exit end and the entrance end of the hole core fiber.
本発明によれば、小型化が可能で特性劣化が防止でき、効率良く大出力を得ることが可能なレーザシステムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser system which can be reduced in size, can prevent characteristic deterioration, and can obtain a high output efficiently can be provided.
以下において、本発明の実施の形態及び第1〜第4の変形例を図面を参照して説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Hereinafter, embodiments of the present invention and first to fourth modifications will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings referred to in the following description, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
更に、以下に示す実施の形態及び第1〜第4の変形例は、本発明の技術的思想を具体化するためのレーザシステムを例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質や、それらの形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 Further, the following embodiments and first to fourth modifications exemplify a laser system for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is configured as follows. The material of the parts, their shape, structure, arrangement, etc. are not specified below. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope defined by the claims described in the claims.
本発明の実施の形態に係るレーザシステムは、図1に示すように、複数(図1の例示では7つ)の光源ユニット11〜17と、複数の光源ユニット11〜17に光ファイバ21〜27を介して接続された光結合器(コンバイナ)3と、光結合器3に接続された空孔コアファイバ4とを備える。
As shown in FIG. 1, the laser system according to the embodiment of the present invention includes a plurality of (seven in the example of FIG. 1)
光源ユニット11〜17は、複数のレーザ光を光学的に結合した1次レーザ光をそれぞれ出力する。光源ユニット11は、例えば図2に示すように、複数(図2の例示では6つ)のレーザダイオード(LD)111〜126と、複数のレーザダイオード111〜126に対応して配置された複数の回折格子121〜126とを備えてDDLと等価又は類似の構造をなしている(以下において本明細書では、図2に示すような光源ユニット11〜17の構成を総称として「DDL」又は個別に「DDL1〜DDL7」と呼ぶことにする。)。
The
複数のレーザダイオード111〜126から出力されたレーザ光は、複数の回折格子121〜126で回折して結合することによりDDL1を構成する。DDL1からの出力は、1次レーザ光として光ファイバ21に入力される。図1に示した他の光源ユニット12〜17も、光源ユニット11と同様に構成して、DDL2〜DDL7からの出力を得ることができる。
The laser beams output from the plurality of
なお、光源ユニット11〜17を複数のファイバレーザを用いて構成してもよい。複数のファイバレーザを用いる場合、例えば複数のシングルモード(SM)のレーザ光を結合してマルチモード(MM)のファイバレーザ光を生成し、生成されたMMのファイバレーザ光を1次レーザ光として出力してもよい。 In addition, you may comprise the light source units 11-17 using a some fiber laser. When a plurality of fiber lasers are used, for example, a plurality of single mode (SM) laser beams are combined to generate a multimode (MM) fiber laser beam, and the generated MM fiber laser beam is used as a primary laser beam. It may be output.
複数の光源ユニット11〜17から出力された複数の1次レーザ光は、図1に示すように、複数の光ファイバ21〜27にそれぞれ入射する。光ファイバ21は、例えば図3に示すように、コア21aと、コア21aの外周を被覆し、コア21aの長手方向に伸びるように設けられ、コア21aよりも低屈折率のクラッド21bとを有する。図1に示した他の光ファイバ22〜27も、光ファイバ21と同様に構成できる。
As shown in FIG. 1, the plurality of primary laser beams output from the plurality of
図1に示した光結合器3は、複数の光源ユニット11〜17から出力された複数の1次レーザ光を光学的に結合して2次レーザ光を出力する。光結合器3は、例えば図4に示すように、光ファイバ21〜27の出射端側を円筒状のフェルール31に挿入することにより束ねたファイババンドルで構成できる。フェルール31は、例えばガラス管や樹脂等で構成できる。光結合器3としては図4の構成に限定されず、複数の光源ユニット11〜17からの光を空間結合せずに光学的に結合可能な構成であればよい。
The
図1に示した空孔コアファイバ4は、光結合器3から出力された2次レーザ光を伝送して出力する。空孔コアファイバ4の出射端側は、例えばレーザ加工機の加工ヘッドに接続され、光学的に結合された大出力をレーザ加工に用いることができる。空孔コアファイバ4はデリバリファイバ(伝送ファイバ)として機能している。
The hole core fiber 4 shown in FIG. 1 transmits and outputs the secondary laser light output from the
空孔コアファイバ4は、図5に示すように、石英ガラス等からなる光ファイバの中心に設けた空孔コア41と、空孔コア41の外周に、空孔コア41の長手方向に同心構造で伸びるように設けられた複数層(3層)の空孔部42a,42b,42cを有したフォトニック結晶ファイバである。同心で周期的に配置された空孔部42a,42b,42cは、空孔コア41中を伝送される光を閉じ込めるブラッグ反射の条件を満足するクラッドを構成している。
As shown in FIG. 5, the hole core fiber 4 has a
図5においては、空孔コア41の外周に3層の空孔部42a,42b,42cが半径方向に沿って周期的に設けられたブラッグ型のクラッドを例示するが、空孔コアファイバ4の構造は図5に示す構造に限定されない。本発明の実施の形態に係るレーザシステムに用いる空孔コアファイバ4は少なくとも空孔コア41を有していればよいので、クラッド等の構造は種々の構造やトポロジが採用可能である。
5 illustrates a Bragg clad in which three layers of
ここで、光源ユニット11〜17をそれぞれ構成する複数のレーザの個数をn1、開口数をNA1、複数のレーザが光を伝送する径をD1とし、光源ユニット11〜17の個数をn2、開口数をNA2、光源ユニット11〜17が1次レーザ光を伝送する径をD2とし、光結合器3及び空孔コアファイバ4の開口数をNA3、光結合器3及び空孔コアファイバ4が2次レーザ光を伝送する径をD3として、式(1)の関係を満たすことが好ましい。
n1(NA1×D1)<n2(NA2×D2)<NA3×D3 …(1)
Here, the number of the plurality of lasers constituting the
n1 (NA1 × D1) <n2 (NA2 × D2) <NA3 × D3 (1)
式(1)の関係を満たすことにより、システムの外部への光の漏れを防止できる。本発明の実施の形態に係るレーザシステムにおいては、デリバリファイバとして空孔コア41を有する空孔コアファイバ4を用いることにより、高い開口数NA3を実現できるので、式(1)の関係を容易に満たすことができる。したがって、光結合器3及び空孔コアファイバ4が2次レーザ光を伝送する径D3の拡大を抑制できる。
By satisfying the relationship of Expression (1), it is possible to prevent leakage of light to the outside of the system. In the laser system according to the embodiment of the present invention, by using the hole core fiber 4 having the
ここで、本発明の実施の形態に係るレーザシステムにおいては、図6に示すように、光結合器3の出射端が、少なくとも空孔コア41の入射端を塞いでいる。光結合器3の出射端の直径D0は、空孔コア41の直径D3より大きく、且つ最外周の空孔部42cの直径D4以下で設定されている。例えば、光結合器3の外周部分であるフェルール31の端部と、空孔コアファイバ4の入射端は例えば熱融着されており、フェルール31の端部と空孔コアファイバ4の入射端の間には融着部3aが設けられている。なお、図6では、光結合器3の出射端の外周部であるフェルール31の端部が空孔部42aを塞いでいる場合を例示しているが、光結合器3の出射端の直径D0が更に小さく、フェルール31も含めた光結合器3の出射端が空孔コア41の入射端のみを塞いでいても構わない。
Here, in the laser system according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6, the emission end of the
空孔コアファイバ4の外周は、ステンレス鋼や樹脂等からなるコーティング層43により被覆されている。光結合器3の出射端側には接続フランジ51が設けられ、空孔コアファイバ4の入射端側には接続フランジ52が設けられている。接続フランジ51,52は、クランプ53により結合されている。接続フランジ51,52及びクランプ53により、光結合器3と空孔コアファイバ4とは位置合わせされて固定され、互いに接続されている。
The outer periphery of the hole core fiber 4 is covered with a
なお、図6においては、光の伝送方向に切った光結合器3の出射端側の断面が矩形である場合を例示しているが、断面構造は光結合器3の出射端に向けて徐々に細くなるような台形(テーパ形状)等であってもよい。テーパ形状の場合であっても、光結合器3の出射端面の直径D0が空孔コア41の直径D3よりも大きく設定されていればよい。換言すれば、光結合器3の出射端の断面積が空孔コア41を塞ぐ大きであればよい。
6 illustrates a case where the cross section on the light emitting end side of the
以上説明したように、本発明の実施の形態に係るレーザシステムによれば、非線形耐性が高い空孔コアファイバ4をデリバリファイバとして用いて、2段階でレーザ光を光学的に結合することにより、効率良く大出力化を図ることができる。 As described above, according to the laser system according to the embodiment of the present invention, by using the hole core fiber 4 having high non-linear resistance as the delivery fiber, the laser light is optically coupled in two stages, High output can be achieved efficiently.
更に、図1に例示されているように、光源ユニット11〜17がDDL1〜DDL7の場合は、消費電力等の面からMM型のファイバレーザよりも好ましい可能性があるが、一般的に大出力化のためには、大きな径の光ファイバが必要になる。
Further, as illustrated in FIG. 1, when the
これに対して、空孔コアファイバ4はガラス系ファイバと比較して高い開口数を実現できるので、光結合器3及び空孔コアファイバ4の開口数NA3を0.3以上に大きくすることができる。したがって、光結合器3及び空孔コアファイバ4の径D3を非常に大きくしなくても、式(1)を満足することができ、DDLの7個結合や19個結合等の多くのレーザを結合することが可能となる。
On the other hand, since the hole core fiber 4 can realize a higher numerical aperture than the glass fiber, the numerical aperture NA3 of the
更に、光結合器3としてバンドルファイバ等を用いて、式(1)を満足することが容易になるので、外部への光の漏れを防止でき、安全性の面を含めて大出力に優れたシステムを実現できる。
Furthermore, using a bundle fiber or the like as the
更に、デリバリファイバに空孔コアファイバ4を使用する場合、水分や汚れ等の不純物が空孔コア41に侵入すると、空孔コアファイバ4の継時的な特性劣化が発生するという空孔コアファイバ4ならではの、空孔コア41に起因した固有の問題が生じる。
Further, when the hole core fiber 4 is used as a delivery fiber, the hole core fiber is such that when impurities such as moisture and dirt enter the
そこで、本発明の実施の形態に係るレーザシステムによれば、光結合器3の出射端の直径D0を、図6に示すように空孔コア41の直径D3より僅かに大きく設定している。これにより、光結合器3を構成する光ファイバ21〜27のコアから出射される光が空孔コア41の入射端に入射するようにしつつ、光結合器3の出射端が空孔コア41の入射端を塞いでいる。入射端を塞いだ構造により、水分や汚れ等の不純物が空孔コア41へ侵入することを防止することができ、不純物が空孔コア41へ侵入することに起因する空孔コアファイバ4の継時的な特性劣化を抑制し信頼性の高い動作を保証できる。
Therefore, in the laser system according to the embodiment of the present invention, the diameter D0 of the emission end of the
更に、図6に示すように、空孔コアファイバ4を構成する空孔コアファイバが、空孔コア41の外周のクラッドに空孔部42a,42b,42cを有している場合、空孔部42a,42b,42c中を伝送される光は、空孔コア41中を伝送される光に対して少ないものの、空孔部42a,42b,42cに水分等の不純物が浸入すると空孔コアファイバ4の信頼性が低下する。
Furthermore, as shown in FIG. 6, when the hole core fiber constituting the hole core fiber 4 has
クラッド側の問題に関しても、本発明の実施の形態に係るレーザシステムによれば、光結合器3の出射端側に接続フランジ51を設けて、空孔コアファイバ4の入射端側に設けた接続フランジ52と接続するようにしているので、光結合器3の出射端の外周部及び接続フランジ51が、空孔部42a,42b,42cの入射端を塞いでいる。このため、接続フランジ51が、クラッドを構成している空孔部42a,42b,42cへの水分や不純物の侵入を防止し、空孔コアファイバ4の信頼性を更に向上させることができる。なお、光結合器3の出射端の直径D0を更に小さくし、光結合器3が空孔コア41のみを塞ぎ、接続フランジ51が空孔部42a,42b,42cの入射端のすべてを塞ぐように構成されていてもよい。
Regarding the problem on the clad side, according to the laser system according to the embodiment of the present invention, the
更に、接続フランジ51,52及びクランプ53を用いて光結合器3の出射端と空孔コアファイバ4の入射端を接続するので、光結合器3の出射端と空孔コアファイバ4の入射端との機械的な接続強度を高めることができる。
Further, since the output end of the
(第1の変形例)
本発明の実施の形態の第1の変形例に係るレーザシステムは、図7に示すように、光結合器3の出射端と空孔コアファイバ4の入射端の接続部分において、光結合器3の出射端が空孔コア41の入射端を塞ぐだけでなく、更に空孔部42a,42b,42cの入射端を塞いでいる点が、図6に示したレーザシステムの構成と異なる。
(First modification)
As shown in FIG. 7, the laser system according to the first modification of the embodiment of the present invention has an
光結合器3の出射端の直径D0は、空孔コアファイバ4の最外周の空孔部42cの直径D4よりも大きく設定されている。換言すれば、光結合器3の出射端の断面積が、空孔コアファイバ4の最外周の空孔部42cを塞ぐ大きさに設定されている。
The diameter D0 of the emission end of the
更に、第1の変形例に係るレーザシステムは、光結合器3の出射端側の中央部の結合コア33の屈折率n1を、結合コア33を囲む周辺の出射クラッド部32の屈折率n2よりも高く設定して、光結合器3から空孔コアファイバ4への光学的な結合度を高めている点が、図6に示したレーザシステムの構造と異なる。
Furthermore, in the laser system according to the first modification, the refractive index n1 of the
出射クラッド部32の屈折率n2が結合コア33の屈折率n1より低ければよいので、出射クラッド部32は空気層でも構わない。又、結合コア33の屈折率n1と出射クラッド部32の屈折率n2とはステップ状に変化せず、傾斜勾配で屈折率が変化する屈折率分布型の構造にしてもよい。「傾斜勾配」は光結合器3の出射端側の中央部から周辺へかけて屈折率が徐々に低くなるようになっていれば良いので、直線状でも放物曲線のような2次関数の屈折率の変化でも構わない。
Since it is sufficient that the refractive index n2 of the
光結合器3の出射端側において、光ファイバ21〜27の出射端が空孔コアファイバ4の入射端と離間し、光ファイバ21〜27の出射端に接するようにガラスや樹脂等からなる屈折率n1の結合コア33が配置されている。結合コア33は、例えば円柱形状であり、空孔コア41を塞ぐように空孔コアファイバ4の入射端に接している。また、結合コア33と出射クラッド部32で空孔部42a〜42cのすべてを塞いでいる。
On the exit end side of the
フェルール31は、光結合器3の出射端側において、結合コア33に対し、出射クラッド部32を介して離間し、空孔コアファイバ4の入射端の外周部に接している。光結合器3の出射端側において、フェルール31の端部と空孔コアファイバ4の外周部とは熱融着により接続されており、フェルール31の端部には融着部3aが設けられている。
The
なお、図示を省略しているが、第1の変形例に係るレーザシステムにおいても、図6と同様に、光結合器3の出射端側と、空孔コアファイバ4の入射端側にそれぞれ接続フランジを設けて、2つの接続フランジをクランプ等により結合して、機械的な接続強度を高めるようにしてもよい。
Although not shown, the laser system according to the first modification is also connected to the exit end side of the
第1の変形例に係るレーザシステムによれば、光結合器3の出射端が、空孔コア41及び空孔部42a,42b,42cの入射端を塞いでいるので、水分や不純物が空孔部42a,42b,42cへ侵入することも防止でき、空孔コアファイバ4の信頼性を向上させることができる。
According to the laser system according to the first modification, the emission end of the
更に、光結合器3の出射端の中央部に位置する結合コア33の屈折率n1を周辺部の出射クラッド部32の屈折率n2よりも高く設定することにより、光結合器3中を伝送されてきた光が光結合器3の出射端において結合コア33に集光し易くなり、光の結合効率を高め、大出力化を容易にすることができる。
Further, by setting the refractive index n1 of the
(第2の変形例)
本発明の実施の形態の第2の変形例に係るレーザシステムは、図8に示すように、光結合器3の出射端と空孔コアファイバ4の入射端の接続部分において、光結合器3の出射端の外周側が、空孔コア41の内壁に接するように、空孔コア41の入射端側に挿入されている構造である点が、図6に示したレーザシステムの構造と異なる。
(Second modification)
As shown in FIG. 8, the laser system according to the second modification of the embodiment of the present invention has an
図8の第2の変形例では、光結合器3を構成している光ファイバ21,22,25のクラッド部が、空孔コア41の内部にすべて挿入されている場合を例示するが、光ファイバ21,22,25のクラッド部のすべてが空孔コア41の内部に必ずしも挿入されている必要はなく、光ファイバ21,22,25のクラッド部の一部が空孔コア41の内部に挿入された構造であってもよい。ただし、光結合器3の光ファイバ21,22,25のコアはすべて、空孔コア41の内部に挿入されている必要がある。また、光結合器3のの出射端の直径D0が更に小さく、光結合器3の外周部を構成しているフェルール31が空孔コア41の内壁に接するように挿入された構成であってもよい。
In the second modification of FIG. 8, the case where the clad portions of the
(第3の変形例)
又、本発明の実施の形態に係るレーザシステムは、図9に示すような第3の変形例に係る構造であってもよい。第2の変形例と同様に、光結合器3の出射端において、光ファイバ21〜27の出射端が空孔コアファイバ4の入射端と離間して、光ファイバ21〜27の出射端に接するようにガラスや樹脂等からなる屈折率n1の結合コア(第1の結合コア)33が配置されているが、結合コア33が空孔コア41から離間している。結合コア33を囲むように屈折率n2の出射クラッド部32が設けられている(n1>n2)。結合コア33の端部には、ガラス等の円柱部材からなる屈折率n1の結合コア(第2の結合コア)34が屈折率n2の出射クラッド部32に周囲を囲まれて配置されている。結合コア34の断面積は結合コア33の断面積よりも小さく、結合コア34の端部の外周が、空孔コア41の内周に接するように空孔コア41の入射端に挿入されている。
(Third Modification)
The laser system according to the embodiment of the present invention may have a structure according to a third modification as shown in FIG. Similar to the second modified example, at the exit end of the
図9に示す第3の変形例に係る構造において、出射クラッド部32の屈折率n2が結合コア33,34の屈折率n1より低ければよいので、出射クラッド部32は空気層でも構わない。又、結合コア33,34の屈折率n1と出射クラッド部32の屈折率n2とはステップ状に変化せず、傾斜勾配で屈折率が変化するようにしてもよい。
In the structure according to the third modification shown in FIG. 9, the
第3の変形例に係るレーザシステムによれば、光結合器3の出射端の少なくとも一部を、空孔コア41の入射端に挿入することによっても、光学的な結合効率を高め、更に空孔コア41の入射端を塞ぐことができる。これにより、水分や汚れ等の不純物が空孔コア41へ侵入することを防止することができ、不純物が空孔コア41へ侵入することに起因する空孔コアファイバ4の継時的な特性劣化を抑制できる。なお、光結合器3の出射端の少なくとも一部を空孔コア41の入射端に挿入せずに、空孔コア41の入射端の位置で留めて、空孔コア41の入射端を単純に塞ぐ構成であっても構わない。
According to the laser system according to the third modified example, the optical coupling efficiency is improved by inserting at least a part of the emission end of the
なお、図示を省略しているが、第3の変形例に係るレーザシステムにおいても、図6と同様に、光結合器3の出射端側と、空孔コアファイバ4の入射端側にそれぞれ接続フランジを設けて、2つの接続フランジをクランプ等により結合して、機械的な接続強度を高めるようにしてもよい。
Although not shown, the laser system according to the third modification is also connected to the exit end side of the
(第4の変形例)
本発明の実施の形態の第4の変形例に係るレーザシステムは、図10に示すように、空孔コアファイバ4の入射端に対向する出力端を塞ぐ光学的に透明なエンドキャップ8を更に備える点が、図6に示したレーザシステムの構造の構成と異なる。エンドキャップ8は、空孔コアファイバ4の出力端の全面を、機密性を保って塞いでいる。
(Fourth modification)
As shown in FIG. 10, the laser system according to the fourth modification of the embodiment of the present invention further includes an optically
エンドキャップ8の材料としては、例えば石英ガラス等の空孔コア41中を伝送される光に対して光学的に透明な材料が使用可能である。エンドキャップ8と、空孔コアファイバ4の出射端は、例えば熱融着又は接着されている。
As a material of the
なお、図10では、エンドキャップ8を平行平板としているが、エンドキャップ8を凸レンズ等で構成してエンドキャップ8に集光レンズの機能を持たせてもよい。エンドキャップ8を片凸面レンズにすれば、片凸面レンズの一方の面が平面であるので、空孔コアファイバ4の出力端を平面に切った場合であっても、機密性を保持するように、空孔コアファイバ4の出射端にエンドキャップ8を熱融着又は接着にすることができる。エンドキャップ8が両凸面レンズの場合は、空孔コアファイバ4の出力端を両凸面レンズの曲率に会わせた凹面に構成すれば、機密性を保持するように、空孔コアファイバ4の出射端にエンドキャップ8を熱融着又は接着にすることができる。
In FIG. 10, the
第4の変形例に係るレーザシステムによれば、空孔コアファイバ4の出射端にエンドキャップ8を設けることにより、空孔コア41及び空孔部42a,42b,42cの両端を完全に塞ぐことができる。したがって、水分や不純物が空孔コア41及び空孔部42a,42b,42cに侵入することを防止でき、空孔コアファイバ4の経時的な劣化をより抑制し、より信頼性と安定性に優れた大出力レーザシステムを提供することが可能となる。
According to the laser system according to the fourth modification, the
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は実施の形態及び第1〜第4の変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described by the embodiment and the first to fourth modifications. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. . From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、本発明の実施の形態及び第1〜第4の変形例においては、図5に示すように、3層の環状の空孔部42a,42b,42cを有する空孔コアファイバ4の構造を例示したが、空孔部42a,42b,42cの数、位置、サイズ等は特に限定されず、少なくとも空孔コア41を有する空孔コアファイバ4の構造であればよい。また、空孔コア41の周囲に空孔部が無く、ポリマー等により屈折率の周期構造でブラッグ反射の条件やフォトニックバンドギャップを実現したフォトニック結晶ファイバで空孔コアファイバ4を構成してもよい。
For example, in the embodiment of the present invention and the first to fourth modifications, as shown in FIG. 5, the structure of the hole core fiber 4 having three layers of
このように、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱しない範囲で、種々のレーザシステムに適用可能である。 Thus, the present invention can be applied to various laser systems without departing from the scope of the present invention described in the claims.
3…光結合器
3a…融着部
4…空孔コアファイバ
8…エンドキャップ
11〜17…光源ユニット(DDL1〜DDL7)
21〜27…光ファイバ
21a…コア
21b…クラッド
31…フェルール
32…出射クラッド部
33,34…結合コア
41…空孔コア
42a,42b,42c…空孔部
43…コーティング層
51,52…接続フランジ
53…クランプ
111〜126…レーザダイオード
121〜126…回折格子
DESCRIPTION OF
21-27 ...
Claims (11)
前記1次レーザ光を光学的に結合して2次レーザ光を出力する光結合器と、
前記光結合器により出力された2次レーザ光を伝送する空孔コアファイバと
を備え、
前記空孔コアファイバの入射端において、前記空孔コアファイバが有する空孔コアを前記光結合器の出射端が塞いでいることを特徴とするレーザシステム。 A plurality of light source units each having a plurality of lasers and respectively outputting primary laser beams obtained by optically combining the outputs of the plurality of lasers;
An optical coupler for optically combining the primary laser light and outputting a secondary laser light;
A hole core fiber that transmits the secondary laser beam output from the optical coupler;
The laser system according to claim 1, wherein an emission end of the optical coupler is plugged with a hole core of the hole core fiber at an incident end of the hole core fiber.
n1(NA1×D1)<n2(NA2×D2)<NA3×D3
の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載のレーザシステム。 The number of the plurality of lasers is n1, the numerical aperture is NA1, the diameter of the plurality of lasers transmitting light is D1, the number of the light source units is n2, the numerical aperture is NA2, and the light source unit is the primary laser beam. , D2 is the numerical aperture of the optical coupler and the hole core fiber NA3, and D3 is the diameter at which the optical coupler and the hole core fiber transmit the secondary laser light.
n1 (NA1 × D1) <n2 (NA2 × D2) <NA3 × D3
The laser system according to claim 1, wherein:
前記出射端の断面積が、更に前記空孔部を塞ぐ大きさである
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザシステム。 The hole core fiber has a hole portion extending in a longitudinal direction of the hole core on an outer periphery of the hole core;
3. The laser system according to claim 1, wherein a cross-sectional area of the emission end is a size that further blocks the hole portion. 4.
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