JP2018194789A

JP2018194789A - 光学部品及びレーザ装置

Info

Publication number: JP2018194789A
Application number: JP2017101018A
Authority: JP
Inventors: 浩樹 ▲高▼宮; Hiroki Takamiya
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2018-12-06

Abstract

【課題】損失を低減しつつ効果的なモードスクランブルを実現することが可能な光学部品及びレーザ装置を提供する。
【解決手段】モードスクランブラ１３は、長手方向における第１位置において第１平面Ｐ１１に沿ってデリバリファイバ１２が曲げられた第１曲げ部Ｂ１と、長手方向における第１位置とは異なる第２位置において第１平面Ｐ１１とは非平行な第２平面Ｐ１２に沿ってデリバリファイバ１２が曲げられた第２曲げ部Ｂ２と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学部品及びレーザ装置に関する。

現在、レーザ装置は、加工分野、自動車分野、医療分野等の様々な分野で用いられている。このようなレーザ装置では、分野毎（或いは、用途毎）に異なったビームプロファイルが求められることがある。ここで、ビームプロファイルとは、レーザ装置から射出されるレーザ光のビーム品質（ＢＰＰ或いはＭ^２）若しくはレーザ光のビーム形状（エネルギー分布）又はこれらの双方を意味するものである。

近年、加工分野で注目されているファイバレーザ装置では、加工用途毎に異なったビームプロファイルが求められることがある。例えば、被加工物の切断加工に用いられるファイバレーザ装置では、ビーム形状がガウシアン分布型であるビームプロファイルが求められ、被加工物の面加工（例えば、切削）に用いられるファイバレーザ装置では、ビーム形状がトップハット型（山高帽型）であるビームプロファイルが求められる。

ビームプロファイルの調整を行う技術の１つに、モードスクランブル技術が挙げられる。このモードスクランブル技術は、基本モードの一部を高次モードに変換させ、或いは高次モードを基本モードに変換させることで、ビームプロファイルの調整を行う技術である。以下の特許文献１には、従来のモードスクランブル技術の一例が開示されている。具体的に、以下の特許文献１には、マルチモードファイバ（高ＮＡファイバ）を平板に半固定し、先端が凹状の棒で光ファイバの曲げ量を調整することで、マルチモードファイバ内を伝播する光にモードスクランブルを行わせて、ビームプロファイルの調整を行うようにしている。

米国特許出願公開第２０１０／０１５０２０１号明細書

ところで、従来のモードスクランブル技術は、基本的にマルチモードファイバに曲げを加えることで、マルチモードファイバ内を伝播する光にモードスクランブルを行わせるものである。尚、モードスクランブルの効果量は、マルチモードファイバの曲げ径に依存しており、マルチモードファイバに急峻な曲げを加えてマルチモードファイバの曲げ径を小さくするほど高いスクランブル効果が得られる。

ここで、一般的に、光ファイバに曲げを加えると、光ファイバの曲げ部においてベンディングロス（曲げによる放射損失）が生ずることが知られている。このベンディングロスは、光ファイバの曲げ径が小さくなるほど大きくなる。通信用途に用いられる光ファイバのように、内部を伝搬する光のパワーがさほど大きくない場合には、上記のベンディングロスは大きな問題とならないことが多い。

しかしながら、ファイバレーザで用いられる光ファイバのように、内部を伝搬する光のパワーが数［ｋＷ］を超えるような場合には、ベンディングロスが大きな問題となる。例えば、出力パワーが８［ｋＷ］のファイバレーザにおいて、ベンディングロスが１％であるとすると、光ファイバの曲げ部からは８０［Ｗ］の光が放射されることになり、光ファイバの曲げ部の周囲に設けられた部材が破壊される虞が考えられる。

また、高いスクランブル効果を得るために、マルチモードファイバに急峻な曲げを加えると、その曲げ部には局所的に大きな応力が加わることになる。すると、この応力が原因で、光ファイバの寿命（耐用年数）が短くなる虞が考えられるという問題がある。このような問題（ベンディングロスの問題、及び寿命の問題）を最小限に抑えるためには、損失を低減しつつ効果的なモードスクランブルを実現する必要がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、損失を低減しつつ効果的なモードスクランブルを実現することが可能な光学部品及びレーザ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光学部品は、少なくとも光ファイバ（１２）を有する光学部品（１３）であって、前記光ファイバが、長手方向における第１位置において第１平面（Ｐ１１）に沿って曲げられた第１曲げ部（Ｂ１）と、前記長手方向における前記第１位置とは異なる第２位置において前記第１平面とは非平行な第２平面（Ｐ１２）に沿って曲げられた第２曲げ部（Ｂ２）と、を備える。
また、本発明の光学部品は、前記第１平面と前記第２平面とが直交する。
また、本発明の光学部品は、前記第１曲げ部における前記光ファイバの曲げ径、及び前記第２曲げ部における前記光ファイバの曲げ径の少なくとも一方を変える可変機構（Ｊ）を備える。
また、本発明の光学部品において、前記第１曲げ部及び前記第２曲げ部の少なくとも一方は、前記光ファイバが、前記第１位置及び前記第２位置の少なくとも一方において前記第１平面及び前記第２平面の少なくとも一方に沿って巻回されたものである。
或いは、本発明の光学部品において、前記第１曲げ部及び前記第２曲げ部の少なくとも一方は、前記光ファイバが、前記第１位置及び前記第２位置の少なくとも一方において前記第１平面及び前記第２平面の少なくとも一方に沿って波状に曲げられたものである。
或いは、本発明の光学部品において、前記第１曲げ部は、前記光ファイバが、前記第１位置において前記第１平面内に含まれて前記長手方向に交差する方向に押圧又は引っ張られることで曲げられたものであり、前記第２曲げ部は、前記光ファイバが、前記第２位置において前記第２平面内に含まれて前記長手方向に交差する方向に押圧又は引っ張られることで曲げられたものである。
本発明のレーザ装置は、レーザ光源（１１）と、前記レーザ光源から出力されるレーザ光を外部に射出する射出端（Ｘ）と、前記射出端よりも前記レーザ光源側に設けられる光学部品（１３）と、を備える。
また、本発明のレーザ装置は、前記光学部品と前記レーザ光源との間に設けられ、前記光ファイバを伝播するクラッド光を除去するクラッド光除去部（１４）を備える。

本発明によれば、長手方向における第１位置において第１平面に沿って光ファイバが曲げられた第１曲げ部と、長手方向における第１位置とは異なる第２位置において第１平面とは非平行な第２平面に沿って光ファイバ曲げられた第２曲げ部とを設けており、光ファイバに対して異なる軸（異なる種類）の応力を印加できることから、損失を低減しつつ効果的なモードスクランブルを実現することが可能であるという効果がある。

本発明の第１実施形態によるレーザ装置の要部構成を示すブロック図である。本発明の第１実施形態におけるモードスクランブラの構成を示す斜視図である。本発明の第１実施形態において生ずる光ファイバの屈折率の局所変化の一例を示す図である。本発明の第１実施形態におけるモードスクランブラの効果を説明するための図である。本発明の第１実施形態においてモードスクランブラの曲げ部の作成に用いた治具を示す図である。本発明の第２実施形態におけるモードスクランブラの構成を示す斜視図である。本発明の第３実施形態におけるモードスクランブラの構成を示す図である。本発明の第４実施形態におけるモードスクランブラの構成を示す図である。本発明の実施形態におけるレーザ装置の他の構成例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による光学部品及びレーザ装置について詳細に説明する。尚、以下で参照する図面では、理解を容易にするために、必要に応じて各部材の寸法の縮尺を適宜変えて図示することがある。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態によるレーザ装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態のレーザ装置１は、レーザ光源１１、デリバリファイバ１２（光ファイバ）、及びモードスクランブラ１３（光学部品）を備えており、レーザ光源１１から出力されるレーザ光Ｌをデリバリファイバ１２の端部（以下、射出端Ｘという）から外部に射出する。尚、レーザ装置１が、例えばレーザ加工に用いられるものである場合には、レーザ光Ｌはデリバリファイバ１２の射出端Ｘに取り付けられたヘッド（図示省略）から被加工面に向けて射出される。

レーザ光源１１は、例えば複数の励起光源、Ｙｂ（イッテルビウム）等の希土類元素がコアに添加された光増幅ファイバ、及び複数の励起光源から出力される励起光を光増幅ファイバに入射させるポンプコンバイナ等を備えるファイバレーザである。このレーザ光源１１は、複数の励起光源から出力される励起光によって光増幅ファイバのコアに添加された希土類元素を励起し、例えば波長が１０３０〜１０９０［ｎｍ］程度のレーザ光Ｌを出力する。尚、レーザ光源１１に設けられる励起光源の種類及び数、光増幅ファイバに添加される希土類元素の種類は、レーザ光Ｌの波長及びパワーに応じて適宜選択される。

デリバリファイバ１２は、レーザ光源１１から出力されるレーザ光を伝送する伝送媒体として機能する光ファイバであり、一端がレーザ光源１１に接続されるとともに、他端が上記の射出端Ｘとされている。このデリバリファイバ１２は、用途に応じて、例えばシングルクラッドファイバ、ダブルクラッドファイバ、トリプルクラッドファイバ、その他の任意の光ファイバを用いることができる。尚、上記のダブルクラッドファイバは、円柱状のコアと、コアの外周面を覆う円筒状のインナークラッドと、インナークラッドの外側面を覆う円筒状のアウタークラッドとを備える光ファイバである。尚、デリバリファイバ１２は、多角柱状のコアを備えるものであっても良い。

モードスクランブラ１３は、デリバリファイバ１２を伝播するレーザ光Ｌのビームプロファイルの調整を行うものであり、デリバリファイバ１２の途中に設けられる。このモードスクランブラ１３は、デリバリファイバ１２をその一部として有する光学部品であり、デリバリファイバ１２の長手方向における異なる位置において、互いに非平行な平面に沿ってデリバリファイバ１２を曲げた複数の曲げ部を備えるものである。

図２は、本発明の第１実施形態におけるモードスクランブラの構成を示す斜視図である。図２に示す通り、モードスクランブラ１３は、曲げ部Ｂ１（第１曲げ部）と、曲げ部Ｂ２（第２曲げ部）とを備える。曲げ部Ｂ１は、デリバリファイバ１２の長手方向のある位置（第１位置）において、第１平面Ｐ１１（例えば、水平面）に沿ってデリバリファイバ１２が波状（例えば、正弦波状）に曲げられた部位である。曲げ部Ｂ２は、デリバリファイバ１２の長手方向における曲げ部Ｂ１とは異なる位置（第２位置）において、第２平面Ｐ１２（例えば、垂直面）に沿ってデリバリファイバ１２が波状（例えば、正弦波状）に曲げられた部位である。尚、これら曲げ部Ｂ１，Ｂ２の、デリバリファイバ１２の長手方向における位置関係は、曲げ部Ｂ１が曲げ部Ｂ２よりも射出端Ｘ側に配置されていても、曲げ部Ｂ２が曲げ部Ｂ１よりも射出端Ｘ側に配置されていても良い。

このように、本実施形態におけるモードスクランブラ１３は、デリバリファイバ１２の長手方向における異なる位置において、互いに角度θ（例えば、９０°）をなす第１平面Ｐ１１及び第２平面Ｐ１２に沿ってデリバリファイバ１２が波状（例えば、正弦波状）に曲げられた２つの曲げ部Ｂ１，Ｂ２を備える。このような２つの曲げ部Ｂ１，Ｂ２を備えるのは、デリバリファイバ１２の径方向における２軸の方向に応力を付与することで、損失を低減しつつ効果的なモードスクランブルを実現するためである。

以下、光ファイバに曲げが加わることによってモードスクランブルが生ずる原理について説明する。光ファイバに曲げが加わると、以下の２つの変化が生ずる。
（１）光ファイバの屈折率の局所変化
（２）光ファイバ内における伝播経路の変化
上記（１）の変化は、光ファイバ内に、光ファイバの径方向における屈折率のプロファイルの変化が生ずることを意味する。このような屈折率のプロファイルの変化が生ずると、光ファイバ内を伝播する光の伝播モードが変化することから高次モードが発生する。上記（２）の変化が生ずると、単純な経路変化に起因する伝播モードの変化が生ずることから高次モードが発生する。このような高次モードが発生すると、光ファイバ内を伝播する基本モードから高次モードへのエネルギーの変遷が生じ、これにより光ファイバの径方向におけるエネルギーの均等化が行われる。

ここで、基本モードの光が光ファイバ内を反射しながら伝播するときには、光ファイバの長手方向に沿う特定の面（例えば、水平面）内を伝播する訳ではなく、光ファイバの長手方向に沿う任意の面内をほぼ万遍なく（全方位的に）伝搬する。このため、上記の曲げ部Ｂ１，Ｂ２の何れか一方のみを設け、デリバリファイバ１２の径方向における１軸の方向のみに応力を付与した場合には、上記（１），（２）の変化による影響が、その１軸が含まれる特定の面内を伝播する光にしか及ばないため、効果的なモードスクランブルが実現されていないと考えられる。これに対し、本実施形態では、上記の曲げ部Ｂ１，Ｂ２を設け、デリバリファイバ１２の径方向における２軸の方向に応力を付与しているため、効果的なモードスクランブルを実現することができる。

図３は、本発明の第１実施形態において生ずる光ファイバの屈折率の局所変化の一例を示す図である。具体的に、図３（ａ）は、モードスクランブラ１３の曲げ部Ｂ１によって生ずるデリバリファイバ１２の屈折率の局所変化の一例を示す図であり、図３（ｂ）は、モードスクランブラ１３の曲げ部Ｂ２によって生ずるデリバリファイバ１２の屈折率の局所変化の一例を示す図である。尚、図３中のＸ軸は、デリバリファイバ１２の長手方向に直交する軸のうちの第１平面Ｐ１１に含まれる軸を示しており、Ｙ軸は、デリバリファイバ１２の長手方向に直交する軸のうちの第２平面Ｐ１２に含まれる軸を示している。

図３（ａ）に示す通り、モードスクランブラ１３の曲げ部Ｂ１によって、デリバリファイバ１２にはＸ軸方向における屈折率の局所変化が生ずる。尚、モードスクランブラ１３の曲げ部Ｂ１によっては、Ｙ軸方向における屈折率の局所変化は生じない。これに対し、図３（ｂ）に示す通り、モードスクランブラ１３の曲げ部Ｂ２によって、デリバリファイバ１２にはＹ軸方向における屈折率の局所変化が生ずる。尚、モードスクランブラ１３の曲げ部Ｂ２によっては、Ｘ軸方向における屈折率の局所変化は生じない。このように、モードスクランブラ１３の曲げ部Ｂ１，Ｂ２によってデリバリファイバ１２の径方向における２軸の方向に応力を付与すると、その２軸方向における屈折率の局所変化等を生じさせることができることから、効果的なモードスクランブルを実現することができる。

図４は、本発明の第１実施形態におけるモードスクランブラの効果を説明するための図である。ここで、図４に示すグラフは、図５に示す治具の隙間距離ＧＰを横軸にとり、レーザ光Ｌのビーム品質を示すパラメータＭ^２の差（ΔＭ^２）を縦軸にとってある。尚、ここでは、上記のデリバリファイバ１２として、コア径が１００［μｍ］であり、ガラス径（最外クラッド径）が３６０［μｍ］であり、ジャケット径（クラッドを覆う被覆の径）が６５０［μｍ］であるものを用いている。

図５は、本発明の第１実施形態においてモードスクランブラの曲げ部の作成に用いた治具を示す図である。図５に示す治具Ｊ（可変機構）は、一辺が波状（正弦波状）に形成された板状の第１治具Ｊ１及び第２治具Ｊ２からなる。この治具Ｊは、第１治具Ｊ１の波状に形成された辺と、第２治具Ｊ２の波状に形成された辺とを向かい合わせ、波状に形成された辺の山部と谷部とを互いに対向させて使用される。

このような第１治具Ｊ１と第２治具Ｊ２との間にデリバリファイバ１２を挟み込むことで、曲げ部Ｂ１，Ｂ２を形成することができる。例えば、第１治具Ｊ１と第２治具Ｊ２とによってデリバリファイバ１２を第１平面Ｐ１１内で挟み込めば曲げ部Ｂ１が実現され、第２平面Ｐ１２内で挟み込めば曲げ部Ｂ２が実現される。第１治具Ｊ１と第２治具Ｊ２との隙間距離ＧＰ（第１治具Ｊ１に形成された波状の辺における山部と、第１治具Ｊ１に形成された波状の辺における山部との距離）を変えることで、曲げ部Ｂ１，Ｂ２の曲げ径を変えることができる。尚、第１治具Ｊ１及び第２治具Ｊ２の各々に形成された波状の辺における山部と谷部との間の距離ＰＰは、例えば１［ｍｍ］である。

上記のパラメータＭ^２は、光ファイバを伝播する基本モードに対し、その他の高次モードがどの程度含まれているのかを示すパラメータである。パラメータＭ^２は、値が大きくなる程、光ファイバを伝播する全モードのエネルギーにおける高次モードのエネルギーの占有率が高くなる。従って、パラメータＭ^２の値を参照することで、モードスクランブルの効果を見積もることができる。図５に示すΔＭ^２は、基本モードが光ファイバ内を伝播している際のパラメータＭ^２と、基本モード及び高次モードを含む全ての光が光ファイバ内を伝播している際のパラメータＭ^２との差である。

図４を参照すると、図５に示す第１治具Ｊ１と第２治具Ｊ２との隙間距離ＧＰが光ファイバのジャケット径（６５０［μｍ］）程度以上の場合にはΔＭ^２がほぼ零であり、第１治具Ｊ１と第２治具Ｊ２との隙間距離ＧＰが小さくなるにつれてΔＭ^２が徐々に大きくなる傾向があることが分かる。この傾向は、デリバリファイバ１２の径方向における１軸の方向のみに応力を付与した場合（１軸応力付与の場合）、及びデリバリファイバ１２の径方向における２軸の方向に応力を付与した場合（２軸応力付与の場合）の何れの場合においても同様である。

但し、隙間距離ＧＰが同じ場合には、ΔＭ^２は、１軸応力付与の場合よりも２軸応力付与の場合の方が大であることが分かる。また、隙間距離ＧＰの変化に対するΔＭ^２の変化も、１軸応力付与の場合よりも２軸応力付与の場合の方が大きいことが分かる。以上から、１軸応力付与の場合よりも２軸応力付与の場合の方が、効果的なモードスクランブルを実現できていることが分かる。

また、図５から、２軸応力付与の場合には、１軸応力付与の場合よりも小さな隙間距離ＧＰで同程度のΔＭ^２が得られていることが分かる。つまり、２軸応力付与の場合には、１軸応力付与の場合よりも小さな曲げ径で同程度のモードスクランブルの効果量が得られることが分かる。このように、２軸応力付与の場合には、１軸応力付与の場合よりも小さな曲げ径で同程度のモードスクランブルの効果量が得られることから、ベンディングロスを緩和することができるとともに、光ファイバの長寿命化を図ることができる。

以上の通り、本実施形態では、第１平面Ｐ１１に沿ってデリバリファイバ１２が波状に曲げられた曲げ部Ｂ１と、第２平面Ｐ１２に沿ってデリバリファイバ１２が波状に曲げられた曲げ部Ｂ２とを備えるモードスクランブラ１３を設け、デリバリファイバ１２の径方向における２軸の方向に応力を付与するようにしている。これにより、デリバリファイバ１２の径方向における１軸の方向にのみ応力を付与した場合に比べて、モードスクランブルの効果量を高めることができる。その結果として、損失を低減しつつ効果的なモードスクランブルを実現することができるとともに、デリバリファイバ１２の長寿命化を図ることができる。

尚、上述した実施形態では、第１平面Ｐ１１と第２平面Ｐ１２とのなす角度θが、例えば９０°であるとして説明した。しかしながら、第１平面Ｐ１１と第２平面Ｐ１２とは非平行であれば良く、つまり第１平面Ｐ１１と第２平面Ｐ１２とのなす角度θが、０°＜θ≦９０°の範囲であればよい。第１平面Ｐ１１と第２平面Ｐ１２とのなす角度θは、１０°＜θ≦９０°の範囲が好ましく、２０°＜θ≦９０°の範囲がより好ましく、３０°＜θ≦９０°の範囲がより好ましく、４０°＜θ≦９０°の範囲がより好ましく、５０°＜θ≦９０°の範囲がより好ましく、６０°＜θ≦９０°の範囲がより好ましく、７０°＜θ≦９０°の範囲がより好ましく、８０°＜θ≦９０°の範囲がより好ましい。

〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態におけるモードスクランブラの構成を示す斜視図である。尚、本実施形態のレーザ装置の全体構成は、図１に示すレーザ装置１と同様の構成であり、レーザ光源１１、デリバリファイバ１２、及びモードスクランブラ１３（光学部品）を備える。つまり、本実施形態のレーザ装置は、図１に示すレーザ装置１が備えるモードスクランブラ１３（図２参照）に代えて、図６に示すモードスクランブラ１３を備える構成である。

図６に示す通り、本実施形態におけるモードスクランブラ１３は、３つの曲げ部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を備える。曲げ部Ｂ１は、デリバリファイバ１２の長手方向のある位置において、第１平面Ｐ１１（例えば、水平面）に沿ってデリバリファイバ１２が巻回された部位である。曲げ部Ｂ２は、デリバリファイバ１２の長手方向における曲げ部Ｂ１とは異なる位置において、第２平面Ｐ１２（例えば、垂直面）に沿ってデリバリファイバ１２が巻回された部位である。曲げ部Ｂ３は、デリバリファイバ１２の長手方向における曲げ部Ｂ１，Ｂ２とは異なる位置（例えば、曲げ部Ｂ１と曲げ部Ｂ２との間）において、第３平面Ｐ１３（例えば、水平面及び垂直面に対して４５°をなす平面）に沿ってデリバリファイバ１２が巻回された部位である。尚、これら曲げ部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の、デリバリファイバ１２の長手方向における位置関係は任意である。

このように、本実施形態におけるモードスクランブラ１３は、デリバリファイバ１２の長手方向における異なる位置に設定された第１平面Ｐ１１、第２平面Ｐ１２、及び第３平面に沿ってデリバリファイバ１２が巻回された３つの曲げ部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を備える。尚、第１平面Ｐ１１と第２平面Ｐ１２とのなす角度θ１は例えば９０°であり、第１平面Ｐ１１と第３平面Ｐ１３とのなす角度θ２は例えば４５°である。

このような３つの曲げ部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を備えるのは、デリバリファイバ１２に対して異なる種類の応力（第１平面Ｐ１１内における応力、第２平面Ｐ１２内における応力、第３平面Ｐ１３内における応力）を付与することで損失を低減しつつ効果的なモードスクランブルを実現するためである。尚、本実施形態では、モードスクランブラ１３が、３つの曲げ部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を備える例について説明するが、モードスクランブラ１３が備える曲げ部の数は２以上であればよい。

ここで、一般的に、光ファイバを巻回する場合において、巻回軸が同じであり、且つ巻き径が同じである場合には、光ファイバは、光ファイバの太さの分だけ巻回軸の方向にずれながら巻回される（いわば、コイル状に巻回される）ことになる。このため、光ファイバを同じ巻き径で同一平面内に複数回に亘って巻回することは困難である。「平面に沿って光ファイバを巻回する」とは、このような巻回軸の方向にずれながら光ファイバが巻回されている態様も含む意味である。

以上の通り、本実施形態では、第１平面Ｐ１１に沿ってデリバリファイバ１２が巻回された曲げ部Ｂ１、第２平面Ｐ１２に沿ってデリバリファイバ１２が巻回された曲げ部Ｂ２、及び第３平面Ｐ１３に沿ってデリバリファイバ１２が巻回された曲げ部Ｂ３を備えるモードスクランブラ１３を設け、デリバリファイバ１２に対して異なる種類の応力を付与するようにしている。これにより、デリバリファイバ１２の径方向における１軸の方向にのみ応力を付与した場合に比べて、モードスクランブルの効果量を高めることができる。その結果として、損失を低減しつつ効果的なモードスクランブルを実現することができるとともに、デリバリファイバ１２の長寿命化を図ることができる。

尚、上述した実施形態では、第１平面Ｐ１１と第２平面Ｐ１２とのなす角度θ１が９０°であり、第１平面Ｐ１１と第３平面Ｐ１３とのなす角度θ２が４５°である例について説明した。しかしながら、第１平面Ｐ１１、第２平面Ｐ１２、及び第３平面Ｐ１３は非平行であれば良く、例えば第１平面Ｐ１１と第２平面Ｐ１２とのなす角度θは、０°＜θ≦９０°の範囲であればよい。また、第１平面Ｐ１１と第３平面Ｐ１３とのなす角度θ２は、第１平面Ｐ１１と第２平面Ｐ１２とのなす角度θ１に応じて、適宜設定すれば良い。

〔第３実施形態〕
図７は、本発明の第３実施形態におけるモードスクランブラの構成を示す図である。尚、図７（ａ）はデリバリファイバ１２の長手方向に見た場合のモードスクランブラの断面矢視図であり、図７（ｂ）はモードスクランブラの平面視断面図であり、図７（ｃ）はモードスクランブラの側面図である。尚、図７において、デリバリファイバ１２については、コアの図示を省略しており、クラッドＣＬ及び被覆ＣＶのみを図示している。

本実施形態のレーザ装置の全体構成は、図１に示すレーザ装置１と同様の構成であり、レーザ光源１１、デリバリファイバ１２、及びモードスクランブラ１３（光学部品）を備える。つまり、本実施形態のレーザ装置は、図１に示すレーザ装置１が備えるモードスクランブラ１３（図２参照）に代えて、図７に示すモードスクランブラ１３を備える構成である。

図７に示す通り、本実施形態におけるモードスクランブラ１３は、１つの固定部材２１と、２つの可動部材２２，２３とを備える。固定部材２１は、互いに直交する２つの平面部２１ａ，２１ｂを有する断面形状がＬ字形状の部材（所謂、Ｌ字アングル）である。この固定部材２１は、互いに直交する２つの平面部２１ａ，２１ｂによって、デリバリファイバ１２の側面を直交する２方向から支持する。固定部材２１の平面部２１ａには切欠部Ｈ１が形成されており、固定部材２１の平面部２１ｂには切欠部Ｈ２が形成されている。但し、切欠部Ｈ１，Ｈ２は、デリバリファイバ１２の長手方向における異なる位置に形成されている。尚、切欠部Ｈ１，Ｈ２は、孔又は貫通溝であっても良い。

可動部材２２は、固定部材２１の平面部２１ａに形成された切欠部Ｈ１に介挿されており、可動部材２３は、固定部材２１の平面部２１ｂに形成された切欠部Ｈ２に介挿されている。これら可動部材２２，２３は、樹脂Ｒによってデリバリファイバ１２の側面に接着されている。可動部材２２，２３は、互いに直交する方向に移動可能に構成されている。具体的に、可動部材２２は図中の方向Ｄ１に移動可能に構成されており、可動部材２３は図中の方向Ｄ２に移動可能に構成されている。

可動部材２２が方向Ｄ１に移動することで、デリバリファイバ１２の被覆ＣＶは方向Ｄ１に沿う方向に引っ張られ、引っ張られた被覆ＣＶに沿ってクラッドＣＬ（不図示のコアを含む）が曲げられる。これによりデリバリファイバ１２には、方向Ｄ１に沿う方向の応力が付与される。また、可動部材２３が方向Ｄ２に移動することで、デリバリファイバ１２の被覆ＣＶは方向Ｄ２に沿う方向に引っ張られ、引っ張られた被覆ＣＶに沿ってクラッドＣＬ（不図示のコアを含む）が曲げられる。これによりデリバリファイバ１２には、方向Ｄ２に沿う方向の応力が付与される。つまり、可動部材２２，２３が方向Ｄ１，Ｄ２にそれぞれ移動することで、デリバリファイバ１２には、第１実施形態と同様に、径方向における２軸の方向の応力が付与されることとなる。

以上の通り、本実施形態では、固定部材２１と可動部材２２，２３とを備えるモードスクランブラ１３を設け、第１実施形態と同様に、デリバリファイバ１２の径方向における２軸の方向に応力を付与するようにしている。これにより、デリバリファイバ１２の径方向における１軸の方向にのみ応力を付与した場合に比べて、モードスクランブルの効果量を高めることができる。その結果として、損失を低減しつつ効果的なモードスクランブルを実現することができるとともに、デリバリファイバ１２の長寿命化を図ることができる。

尚、上述した実施形態では、可動部材２２，２３が、互いに直交する方向に移動可能に構成されている例について説明した。しかしながら、可動部材２２，２３が移動する方向Ｄ１，Ｄ２は非平行であれば良く、例えば可動部材２２，２３が移動する方向Ｄ１，Ｄ２のなす角度は、０°＜θ≦９０°の範囲であればよい。また、上述した実施形態では、モードスクランブラ１３が、１つの固定部材２１と、２つの可動部材２２，２３とを備える例について説明した。しかしながら、モードスクランブラ１３は、可動部材２２が介挿される固定部材２１と、可動部材２３が介挿される固定部材２１とが別体とされた構成であっても良い。

〔第４実施形態〕
図８は、本発明の第４実施形態におけるモードスクランブラの構成を示す図である。尚、図８（ａ）〜（ｃ）は、図７（ａ）〜（ｃ）と同様の図であり、図８においても、デリバリファイバ１２については、コアの図示を省略しており、クラッドＣＬ及び被覆ＣＶのみを図示している。また、本実施形態のレーザ装置の全体構成は、図１に示すレーザ装置１と同様の構成であり、レーザ光源１１、デリバリファイバ１２、及びモードスクランブラ１３（光学部品）を備える。つまり、本実施形態のレーザ装置は、図１に示すレーザ装置１が備えるモードスクランブラ１３（図２参照）に代えて、図８に示すモードスクランブラ１３を備える構成である。

図８に示す通り、本実施形態におけるモードスクランブラ１３は、１つの固定部材３１と、２つの可動部材３２，３３とを備える。固定部材３１は、図７に示す固定部材２１と同様に、互いに直交する２つの平面部３１ａ，３１ｂを有する断面形状がＬ字形状の部材（所謂、Ｌ字アングル）である。但し、図７に示す固定部材２１とは異なり、切欠部Ｈ１，Ｈ２は形成されていない。

可動部材３２は、固定部材３１の平面部３１ａに対向して配置され、平面部３１ａとともにデリバリファイバ１２を挟むようにデリバリファイバ１２の側面に取り付けられている。可動部材３３は、固定部材３１の平面部３１ｂに対向して配置され、平面部３１ｂとともにデリバリファイバ１２を挟むようにデリバリファイバ１２の側面に取り付けられている。但し、可動部材３２，３３は、デリバリファイバ１２の長手方向における異なる位置に配置されている。これら可動部材３２，３３は、互いに直交する方向に移動可能に構成されている。具体的に、可動部材３２は図中の方向Ｄ１に移動可能に構成されており、可動部材３３は図中の方向Ｄ２に移動可能に構成されている。

可動部材３２が方向Ｄ１に移動することで、デリバリファイバ１２は方向Ｄ１に沿う方向に押圧されて曲げられる。具体的に、デリバリファイバ１２は、被覆ＣＶとクラッドＣＬ（不図示のコアを含む）で構成されていることから、可動部材３２が方向Ｄ１に移動すると、可動部材３２と固定部材３１の平面部３１ａとによって挟まれている部分の被覆ＣＶが押し潰されることによって、クラッドＣＬ（不図示のコアを含む）の曲げが実現される。このようにして、デリバリファイバ１２（特に、クラッドＣＬ（不図示のコアを含む））には、方向Ｄ１に沿う方向の応力が付与される。また、可動部材３３が方向Ｄ２に移動することで、デリバリファイバ１２は方向Ｄ２に沿う方向に押圧されて曲げられる。具体的には、可動部材３３が方向Ｄ２に移動すると、可動部材３３と固定部材３１の平面部３１ｂとによって挟まれている部分の被覆ＣＶが押し潰されることによって、クラッドＣＬ（不図示のコアを含む）の曲げが実現される。このようにして、デリバリファイバ１２（特に、クラッドＣＬ（不図示のコアを含む））には、方向Ｄ２に沿う方向の応力が付与される。つまり、可動部材３２，３３が方向Ｄ１，Ｄ２にそれぞれ移動することで、デリバリファイバ１２には、第１実施形態と同様に、径方向における２軸の方向の応力が付与されることとなる。

以上の通り、本実施形態では、固定部材３１と可動部材３２，３３とを備えるモードスクランブラ１３を設け、第１実施形態と同様に、デリバリファイバ１２の径方向における２軸の方向に応力を付与するようにしている。これにより、デリバリファイバ１２の径方向における１軸の方向にのみ応力を付与した場合に比べて、モードスクランブルの効果量を高めることができる。その結果として、損失を低減しつつ効果的なモードスクランブルを実現することができるとともに、デリバリファイバ１２の長寿命化を図ることができる。

尚、上述した実施形態では、可動部材３２，３３が、互いに直交する方向に移動可能に構成されている例について説明した。しかしながら、可動部材３２，３３が移動する方向Ｄ１，Ｄ２は非平行であれば良く、例えば可動部材３２，３３が移動する方向Ｄ１，Ｄ２のなす角度は、０°＜θ≦９０°の範囲であればよい。また、上述した実施形態では、モードスクランブラ１３が、２つの可動部材３２，３３に対して１つの固定部材３１が対応付けられた例について説明した。しかしながら、モードスクランブラ１３は、可動部材３２が対応付けられる固定部材３１と、可動部材３３が対応付けられる固定部材３１とが別体とされた構成であっても良い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した第１〜第４実施形態を適宜組み合わせても良い。実施形態を組み合わせる際には、実施形態の一部同士を組み合わせても良い。例えば、図２に示す曲げ部Ｂ１と図６に示す曲げ部Ｂ２とを備えるモードスクランブラを実現するといった具合である。但し、デリバリファイバに対して異なる軸（異なる種類）の応力を印加できることが条件となる。

また、レーザ装置は、デリバリファイバに対して異なる軸（異なる種類）の応力を印加する複数の曲げ部を備えるモードスクランブラを１つ備える態様であっても良く、１つの曲げ部のみを備えるモードスクランブラを複数備える態様であっても良い。但し、後者の態様の場合には各モードスクランブラが備える曲げ部は、デリバリファイバに対して互いに異なる軸（異なる種類）の応力を印加するものである必要がある。

また、レーザ装置は、図９に示す通り、レーザ光源１１とモードスクランブラ１３との間に、デリバリファイバ１２を伝播するクラッド光を除去するクラッド光除去部（ＣＭＳ）１４を備える構成であっても良い。図９は、本発明の実施形態におけるレーザ装置の他の構成例を示すブロック図である。図９に示すような構成にすると、射出端Ｘから外部に射出されたレーザ光Ｌの戻り光（射出端Ｘに入射してデリバリファイバ１２をレーザ光源１１側に向かって伝播する光）を効率的に除去することができる。つまり、射出端Ｘから外部に射出されたレーザ光Ｌの戻り光をモードスクランブラ１３で高次モードに変換し、変換された高次モードをクラッド光除去部１４で除去することで、戻り光を効率的に除去することができる。

また、本発明の光学部品としてのモードスクランブラ１３は、上述したレーザ装置１以外のレーザ装置にも適用可能である。例えば、ファイバレーザ装置に適用可能なのは勿論のこと、半導体レーザ（ＤＤＬ：Direct Diode Laser）やディスクレーザのように、共振器が光ファイバ以外で構成され、共振器から射出されるレーザ光を光ファイバに集光するレーザ装置にも適用可能である。その他、レーザ装置の各構成要素の形状、寸法、配置、材料等に関する具体的な記載は、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。

１…レーザ装置、１１…レーザ光源、１２…デリバリファイバ、１３…モードスクランブラ、１４…クラッド光除去部、Ｂ１，Ｂ２…曲げ部、Ｐ１１…第１平面、Ｐ１２…第２平面、Ｊ…治具、Ｘ…射出端

Claims

少なくとも光ファイバを有する光学部品であって、
前記光ファイバは、長手方向における第１位置において第１平面に沿って曲げられた第１曲げ部と、
前記長手方向における前記第１位置とは異なる第２位置において前記第１平面とは非平行な第２平面に沿って曲げられた第２曲げ部と、
を備える光学部品。
前記第１平面と前記第２平面とは直交する、請求項１記載の光学部品。
前記第１曲げ部における前記光ファイバの曲げ径、及び前記第２曲げ部における前記光ファイバの曲げ径の少なくとも一方を変える可変機構を備える請求項１又は請求項２記載の光学部品。
前記第１曲げ部及び前記第２曲げ部の少なくとも一方は、前記光ファイバが、前記第１位置及び前記第２位置の少なくとも一方において前記第１平面及び前記第２平面の少なくとも一方に沿って巻回されたものである、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光学部品。
前記第１曲げ部及び前記第２曲げ部の少なくとも一方は、前記光ファイバが、前記第１位置及び前記第２位置の少なくとも一方において前記第１平面及び前記第２平面の少なくとも一方に沿って波状に曲げられたものである、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光学部品。
前記第１曲げ部は、前記光ファイバが、前記第１位置において前記第１平面内に含まれて前記長手方向に交差する方向に押圧又は引っ張られることで曲げられたものであり、
前記第２曲げ部は、前記光ファイバが、前記第２位置において前記第２平面内に含まれて前記長手方向に交差する方向に押圧又は引っ張られることで曲げられたものである、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光学部品。
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されるレーザ光を外部に射出する射出端と、
前記射出端よりも前記レーザ光源側に設けられる請求項１から請求項６の何れか一項に記載の光学部品と、
を備えるレーザ装置。
前記光学部品と前記レーザ光源との間に設けられ、前記光ファイバを伝播するクラッド光を除去するクラッド光除去部を備える、請求項７記載のレーザ装置。