JP2019045853A - クラッドモード光除去構造、クラッドモード光処理構造、及びレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高屈折率樹脂や光ファイバ等の信頼性が低下しにくいクラッドモード光除去構造を提供する。
【解決手段】クラッドモード光除去構造１は、被覆１３の一部が除去されてクラッド１２が露出したクラッド露出部１４を含む光ファイバ１０と、クラッド１２の屈折率以上の屈折率を有する高屈折率樹脂３０と、光ファイバ１０の一部と高屈折率樹脂３０とを保持する保持部材２０と、高屈折率樹脂３０を通って照射されたクラッドモード光Ｌを熱に変換する蓋部材４０と、蓋部材４０よりも熱伝導度が低い空間５０とを備える。高屈折率樹脂３０は、クラッド露出部１４を覆うように設けられる。蓋部材４０は、高屈折率樹脂３０に対向する対向部４１と、対向部４１から保持部材２０側に突出する突出部４２Ａ，４２Ｂとを含む。空間５０は、蓋部材４０と高屈折率樹脂３０との間に位置し、高屈折率樹脂３０の少なくとも一部に接する。突出部４２Ａ，４２Ｂと保持部材２０との間には突出部４２Ａ，４２Ｂよりも熱伝導度が低い樹脂７０が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、クラッドモード光除去構造、クラッドモード光処理構造、及びレーザ装置に係り、特にファイバレーザなどのレーザ装置における光ファイバのクラッドを伝搬するクラッドモード光を除去するクラッドモード光除去構造に関するものである。

近年、１０ｋＷを超える高い出力を得ることが可能な高出力ファイバレーザが実用化されている。しかしながら、このような高出力ファイバレーザ中に存在する融着部や出力コンバイナなどにおいては、光ファイバのコアに結合することなく光ファイバのクラッドに沿って伝搬するクラッドモード光が生じる。このクラッドモード光は、高出力ファイバレーザのシステムの出力によっては数１００Ｗに達することがあり、この場合、システムの動作が不安定になったり、システムの信頼性が低下したりする可能性がある。

したがって、このようなクラッドモード光は効果的に除去されて安全に処理される必要があるが、このようなクラッドモード光を処理するための構造として、例えば特許文献１に開示されるような構造が知られている。この構造１５００においては、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、保持部材１５２０に形成された溝１５２１の内部に、光ファイバ１５１０の一部が収容されている。光ファイバ１５１０の被覆１５１１は、周方向の一部に渡って除去されており、これにより、クラッド１５１２が露出したクラッド露出部１５１３が、光ファイバ１５１０の軸方向に沿って形成されている。保持部材１５２０の溝１５２１には、クラッド１５１２の屈折率以上の屈折率を有する高屈折率樹脂１５４０が充填されている。このような高屈折率樹脂１５４０の上面（主面）１５４１と保持部材１５２０の上面１５２２とは、蓋体１５３０の下面１５３１に接触した状態で蓋体１５３０によって覆われている。

このような構成によれば、クラッド露出部１５１３においてクラッドモード光が高屈折率樹脂１５４０に放射され、さらにこのクラッドモード光が蓋体１５３０に照射され、蓋体１５３０に吸収されて熱に変換される。すなわち、クラッドモード光が熱に変換され、クラッドモード光から変換された熱が効果的に除去される。

しかしながら、蓋体１５３０の下面１５３１と高屈折率樹脂１５４０の上面１５４１とが互いに接触しているため、高屈折率樹脂１５４０を透過した光が蓋体１５３０に照射されて熱に変換された後、この熱が容易に高屈折率樹脂１５４０や光ファイバ１５１０に伝わってしまう。このため、このような従来の構造では、高屈折率樹脂や光ファイバ等の信頼性が低下し易いという問題があった。

特許第６０１０５６５号明細書

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、高屈折率樹脂や光ファイバ等の信頼性が低下しにくいクラッドモード光除去構造、クラッドモード光処理構造、及びレーザ装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、高屈折率樹脂や光ファイバ等の信頼性が低下しにくいクラッドモード光除去構造が提供される。このクラッドモード光除去構造は、クラッド内を伝搬するクラッドモード光を除去するものである。このクラッドモード光除去構造は、被覆の少なくとも一部が除去されて上記クラッドが露出したクラッド露出部を含む光ファイバと、上記クラッドの屈折率以上の屈折率を有し、少なくとも上記クラッド露出部の一部を覆うように設けられた高屈折率樹脂と、上記光ファイバの一部と上記高屈折率樹脂とを保持する保持部材と、上記高屈折率樹脂を通って照射された上記クラッドモード光を熱に変換する熱変換部と、上記熱変換部よりも熱伝導度が低い熱伝導抑制部とを備えている。上記熱変換部は、上記高屈折率樹脂の少なくとも一部に対向する対向部と、上記対向部から上記保持部材側に突出する少なくとも１つの突出部とを含んでいる。また、上記熱伝導抑制部は、上記熱変換部と上記高屈折率樹脂との間に位置し、かつ上記高屈折率樹脂の少なくとも一部に接する。また、上記突出部と上記保持部材との間の少なくとも一部に、上記突出部よりも熱伝導度が低い熱伝導抑制領域を含んでいる。

このような構成によれば、光ファイバのクラッドを伝搬してきたクラッドモード光がクラッド露出部に至ると、クラッド露出部が高屈折率樹脂に覆われているため、クラッド露出部からクラッドモード光が漏れ出し、最終的に熱変換部によって吸収されて熱に変換される。その結果、クラッドモード光が効果的に除去される。

また、熱変換部と高屈折率樹脂との間には、高屈折率樹脂の少なくとも一部と接する熱伝導抑制部が形成されていることにより、高屈折率樹脂の少なくとも一部と熱変換部とは熱絶縁されることとなる。このため、熱変換部がクラッドモード光によって発熱した場合でも、この熱が高屈折率樹脂や光ファイバに伝わってこれらの温度が上昇することが抑制される。

このように、本発明によれば、クラッドモード光を効果的に除去しつつ高屈折率樹脂や光ファイバの温度上昇を抑制することができるため、高屈折率樹脂や光ファイバ等の信頼性が低下しにくいクラッドモード光除去構造を提供することができる。

ここで、上記熱変換部の上記対向部は、該対向部と上記高屈折率樹脂とが対向する対向方向において上記クラッド露出部の少なくとも一部に対向するクラッド対向部を含み、上記クラッド露出部は、上記熱伝導抑制部の少なくとも一部と対向することが好ましい。このような構成により、クラッド露出部から漏れ出したクラッドモード光をより確実に熱に変換して除去することができる。

この場合において、上記対向方向における上記クラッド対向部の厚さは、上記対向方向における上記熱変換部の最大厚さの半分以下であることが好ましい。また、上記熱変換部の上記クラッド対向部は、上記光ファイバの中心に対向するファイバ中心対向部を含んでもよい。この場合において、上記クラッド露出部が上記クラッド対向部に正対し、かつ、上記ファイバ中心対向部から上記突出部に向かって段階的に又は連続的に、上記熱変換部の上記対向方向における厚さが増加することが好ましい。このような構成により、光パワー密度が最大となるクラッド対向部を高屈折率樹脂から離間させることができるため、高屈折率樹脂や光ファイバの温度上昇を効果的に抑制することができる。

ところで、保持部材に対する熱変換部の位置決めを容易にするために、上記保持部材が、前記熱変換部の前記突出部が係合可能な突出部受けを含むようにクラッドモード光除去構造を構成してもよい。また、上記保持部材が上記熱変換部の上記突出部に向かって突出する凸部を含み、かつ上記突出部には上記凸部が係合可能な凹部が形成されているようにクラッドモード光除去構造を構成してもよい。

また、上記保持部材には、上記光ファイバの一部と上記高屈折率樹脂とを収容する溝が形成されていてもよく、上記保持部材の上記溝の内面の少なくとも一部には、上記クラッド露出部から上記高屈折率樹脂に漏れ出た上記クラッドモード光を上記熱変換部に向けて反射する反射部が形成されていてもよい。このような構成によれば、クラッド露出部から高屈折率樹脂に漏れ出たクラッドモード光が、保持部材の溝の内面に形成された反射部で反射して熱変換部に向かうので、クラッド露出部から高屈折率樹脂に漏れ出たクラッドモード光が保持部材に吸収されることを抑制することができる。したがって、クラッドモード光による保持部材の温度上昇を抑えることができ、クラッドモード光除去構造の信頼性を向上することができる。

上記保持部材の上記溝の断面形状は、Ｖ字状、台形状、多角形状であってもよい。また、上記保持部材の上記溝の断面形状は、半円よりも短い円弧により形成されていてもよい。このように保持部材の溝の断面形状を円弧により形成することで、溝の中に高屈折率樹脂をより効率的に充填することが可能となり、使用する高屈折率樹脂の量を減らすことができる。このため、クラッドモード光が高屈折率樹脂に吸収されて発生する熱を減らすことができる。この場合において、上記光ファイバの中心を上記円弧の中心よりも上記円弧側に位置させてもよい。これにより、反射部で反射するクラッドモード光を円弧の中心に向けることができ、クラッドモード光を効果的に熱変換部に照射することができる。

また、上記保持部材の上記溝の断面形状は、楕円の一部により形成されていてもよい。このように保持部材の溝の断面形状を楕円の一部により形成することで、溝の中に高屈折率樹脂をより効率的に充填することが可能となり、使用する高屈折率樹脂の量を減らすことができる。このため、クラッドモード光が高屈折率樹脂に吸収されて発生する熱を減らすことができる。この場合において、上記光ファイバの中心を上記楕円の焦点の位置に配置してもよい。これにより、反射部で反射するクラッドモード光を楕円の他方の焦点に向けることができ、クラッドモード光を効果的に熱変換部に照射することができる。

上記保持部材の上記溝の断面形状は、上記熱変換部の上記対向部と上記高屈折率樹脂とが対向する対向方向に沿って延びる直線に対して線対称であることが好ましい。このような構成によれば、クラッドモード光を上記直線の両側で均等に反射することができる。さらに、クラッド露出部から高屈折率樹脂に漏れ出たクラッドモード光を上記直線の両側の反射部に均等に入射させるために、上記光ファイバの中心を上記線上に位置させることが好ましい。

本発明の第２の態様によれば、高屈折率樹脂や光ファイバ等の信頼性が低下しにくいクラッドモード光処理構造が提供される。このクラッドモード光処理構造は、上述のクラッドモード光除去構造と、上記保持部材のうち上記対向面と対向する面の反対側に位置する面に接続される冷却部とを備えている。また、上記クラッドモード光処理構造における上記熱変換部の上記突出部は上記冷却部に接続されている。

このような構成によれば、熱変換部が冷却部に接続されていることにより、熱変換部が効果的に冷却されるため、熱変換部の熱が保持部材に伝わって高屈折率樹脂や光ファイバの温度が上昇してしまうことがさらに効果的に抑制される。また、熱変換部の温度を効果的に下げることができるため、安全性を確保することもできる。

ここで、上記保持部材と上記熱変換部の上記突出部との間にまで上記熱伝導抑制部が延びるようにクラッドモード光処理構造を構成してもよい。このような構成により、高屈折率樹脂や光ファイバの温度が上昇してしまうことがより一層効果的に抑制される。

本発明の第３の態様によれば、高出力のレーザビームを出射することのできる信頼性の高いレーザ装置が提供される。このレーザ装置は、レーザ光源と、上記レーザ光源に接続された光ファイバと、上述したクラッドモード光除去構造とを備えている。上記クラッドモード光除去構造は、上記レーザ光源に接続された上記光ファイバのクラッド内を伝搬するクラッドモード光を除去するように構成されている。

本発明によれば、クラッドモード光から変換された熱による高屈折率樹脂や光ファイバの温度上昇が効果的に抑制されるため、高屈折率樹脂や光ファイバ等の信頼性が低下しにくいクラッドモード光除去構造を提供できる。

図１Ａは、従来のクラッドモード光除去構造を示す横断面図である。 図１Ｂは、従来のクラッドモード光除去構造を示す縦断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態におけるクラッドモード光除去構造及びクラッドモード光処理構造を模式的に示す断面図である。 図３は、図２に示すクラッドモード光除去構造及びクラッドモード光処理構造の変形例を模式的に示す断面図である。 図４は、図２に示すクラッドモード光除去構造及びクラッドモード光処理構造の他の変形例を模式的に示す断面図である。 図５は、本発明の第２の実施形態におけるクラッドモード光除去構造を模式的に示す断面図である。 図６は、本発明の第３の実施形態におけるクラッドモード光除去構造を模式的に示す断面図である。 図７は、本発明の第４の実施形態におけるクラッドモード光除去構造を模式的に示す断面図である。 図８は、本発明の第５の実施形態におけるクラッドモード光除去構造を模式的に示す断面図である。 図９は、本発明の第６の実施形態におけるクラッドモード光除去構造を模式的に示す断面図である。 図１０は、図９に示すクラッドモード光除去構造の変形例を模式的に示す断面図である。 図１１は、本発明の第７の実施形態におけるクラッドモード光除去構造を模式的に示す断面図である。 図１２は、本発明の第８の実施形態におけるクラッドモード光除去構造を模式的に示す断面図である。 図１３は、本発明の第９の実施形態におけるクラッドモード光除去構造を模式的に示す断面図である。 図１４は、図１３に示すクラッドモード光除去構造の変形例を模式的に示す断面図である。 図１５は、本発明の第１０の実施形態におけるクラッドモード光除去構造を模式的に示す断面図である。 図１６は、本発明の第１１の実施形態におけるクラッドモード光処理構造を模式的に示す断面図である。 図１７は、本発明の第１２の実施形態におけるクラッドモード光処理構造を模式的に示す断面図である。 図１８は、本発明の第１３の実施形態におけるクラッドモード光処理構造を模式的に示す断面図である。 図１９は、図１８に示すクラッドモード光処理構造の一変形例を模式的に示す断面図である。 図２０は、図１８に示すクラッドモード光処理構造の他の変形例を模式的に示す断面図である。 図２１は、図１８に示すクラッドモード光処理構造のさらに他の変形例を模式的に示す断面図である。 図２２は、本発明の第１４の実施形態におけるクラッドモード光処理構造を模式的に示す断面図である。 図２３は、図２２に示すクラッドモード光処構造の一変形例を模式的に示す断面図である。 図２４は、図２２に示すクラッドモード光処構造の他の変形例を模式的に示す断面図である。 図２０は、図２２に示すクラッドモード光処構造のさらに他の変形例を模式的に示す断面図である。 図２６は、本発明に係るクラッドモード光除去構造又はクラッドモード光処理構造を適用可能なファイバレーザの一例を示す模式図である。 図２７は、本発明に係るクラッドモード光除去構造又はクラッドモード光処理構造を適用可能なファイバレーザの他の例を示す模式図である。 図２８は、図２７に示すファイバレーザにおける増幅用光ファイバを模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図２から図２８を参照して詳細に説明する。なお、図２から図２８において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図２から図２８においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。

図２は本発明の第１の実施形態におけるクラッドモード光処理構造２を模式的に示す断面図である。図２に示すように、クラッドモード光処理構造２は、クラッドモード光除去構造１と、このクラッドモード光除去構造１に接続された水冷板６０（冷却部）とを備えている。クラッドモード光除去構造１は、略直方体状に形成された保持部材２０と、保持部材２０の＋Ｚ方向側の面（上面２２）に載置された蓋部材４０とを備えている。本実施形態において、保持部材２０と蓋部材４０とは、黒アルマイト処理が施されたアルミニウムから形成されている。

図２に示すように、保持部材２０の上面における中央部には、溝２１が形成されている。この溝２１は、図２の紙面表側から裏側に向かう方向（光ファイバ１０の軸方向）に沿って形成されており、この溝２１内に光ファイバ１０が収容されている。この光ファイバ１０の被覆１３は、被覆１３の少なくとも一部（好ましくは、被覆１３の全周のうち図２の上側における略半周分）が除去されており、これにより、クラッド１２が＋Ｚ方向側に露出したクラッド露出部１４が形成される。このクラッド露出部１４は、光ファイバ１０の軸方向に沿って所定の長さにわたって形成されており、光ファイバ１０の中心を通り＋Ｚ方向に延びる直線Ｑに対して線対称に形成されている。また、上述した光ファイバ１０の被覆１３は、この被覆１３の全周が除去されていてもよい。

図２に示すように、保持部材２０の溝２１内には、クラッド１２の屈折率以上の屈折率を有する高屈折率樹脂３０が充填されている。そして、この高屈折率樹脂３０によって光ファイバ１０が覆われるとともに、光ファイバ１０が溝２１内に保持された状態になっている。換言すれば、クラッド露出部１４が高屈折率樹脂３０によって覆われた状態になっている。

図２に示すように、保持部材２０の上面２２には蓋部材４０が載置されている。この蓋部材４０は、光ファイバ１０の軸方向に沿って保持部材２０と平行に延びる対向部４１と、対向部４１から−Ｚ方向に延びる１対の突出部４２Ａ，４２Ｂとを含んでいる。対向部４１は、上面２２及び高屈折率樹脂３０の主面３１に対向する主部４４と、突出部４２Ａが接続する＋Ｘ方向側端部４５Ａと、突出部４２Ｂが接続する−Ｘ方向側端部４５Ｂとを有している。そして、主部４４は、光ファイバ１０のクラッド露出部１４に対向するクラッド対向部４６を含んでいる。また、クラッド露出部１４は、空間５０（後述する熱伝導抑制部）の少なくとも一部と対向している。突出部４２Ａ，４２Ｂの底面と上面２２との間には樹脂７０（好ましくは、蓋部材４０（突出部４２Ａ，４２Ｂ）よりも熱伝導度が低いが熱伝導性に優れた樹脂）が設けられており、この樹脂７０を介して蓋部材４０が保持部材２０に対して固定されている。

なお、このような樹脂７０の代わりにネジ止め等によって蓋部材４０を保持部材２０に対して固定してもよい。この場合、蓋部材４０と保持部材２０とは一体的に形成されていないため、蓋部材４０と保持部材２０との間に、蓋部材４０（突出部４２Ａ，４２Ｂ）よりも熱伝導度が低い薄厚の空間が存在することになる。

ここで、上述した樹脂７０及び上述した薄厚の空間が本発明における「熱伝導抑制領域」の一例に相当する。また、この熱伝導抑制領域は、少なくとも突出部４２Ａ又は突出部４２Ｂよりも熱伝導度が低ければよく、上述した樹脂７０や薄厚の空間のような構成に限定されない。また、熱伝導抑制領域は、突出部４２Ａと保持部材２０との間又は突出部４２Ｂと保持部材２０との間の少なくとも一部に形成されていればよいが、突出部４２Ａと保持部材２０との間及び突出部４２Ｂと保持部材２０との間の両方に形成されていることが好ましい。なお、本発明において「対向」とは、クラッド露出部がクラッド対向部に正対している場合と、クラッド露出部が上記正対している状態から傾くことによりクラッド露出部の一部のみがクラッド対向部に対向している場合との両方を含むものとする。

また、図２に示すように、保持部材２０のうち上面２２の反対側に位置する面には、樹脂８０（好ましくは、熱伝導性に優れた樹脂）を介して水冷板６０が取り付けられている。なお、ネジ止めなどによってこの水冷板６０を保持部材２０に取り付けてもよい。

図２に示すように、蓋部材４０と高屈折率樹脂３０との間には、保持部材２０の上面２２と、高屈折率樹脂３０の主面３１と、蓋部材４０の内面４３（すなわち、主部４４の内面、突出部４２Ａの内面、突出部４２Ｂの内面）とによって空間５０が規定される。このように、クラッドモード光除去構造１は、光ファイバ１０のクラッド露出部１４の上方（＋Ｚ方向側）に高屈折率樹脂３０が存在し、この高屈折率樹脂３０の上方に空間５０（空気）が存在し、この空間５０の上方に蓋部材４０の対向部４１の主部４４が存在する構成を有している。すなわち、クラッドモード光除去構造１は、上面２２及び高屈折率樹脂３０の主面３１と、蓋部材４０の対向部４１（主部４４）とが、Ｚ方向（ここでは、対向部４１と高屈折率樹脂３０とが対向する対向方向を指す。以下、対向方向とも称する。）において対向する構造を有している。なお、本明細書における「対向」には、対向するものの間に他の部材等が介在している場合が含まれるものとする。

次に、このようなクラッドモード光除去構造１の作用及び効果について説明する。クラッド１２を伝搬してきたクラッドモード光が、クラッド露出部１４におけるクラッド１２と高屈折率樹脂３０との界面に至ると、高屈折率樹脂３０の屈折率はクラッド１２の屈折率以上であるため、このクラッドモード光はクラッド露出部１４から高屈折率樹脂３０に入射することになる。なお、本発明における「クラッド」とは、光ファイバが複数のクラッドを有する場合には、最外層のクラッドを意味するものとする。

そして、図２に示すように、高屈折率樹脂３０に入射したクラッドモード光Ｌは、高屈折率樹脂３０を通って空間５０に照射され、さらに、空間５０を通って空間５０の上方に位置する蓋部材４０の対向部４１（主部４４）に至る。ここで、上述のように、蓋部材４０には黒アルマイト処理が施されているため、クラッドモード光Ｌは蓋部材４０によって吸収されて熱に変換される。このように、蓋部材４０は、クラッドモード光Ｌを熱に変換してクラッドモード光Ｌを出射光学系から除去する熱変換部として作用する。

また、蓋部材４０の対向部４１と高屈折率樹脂３０の主面３１との間には、蓋部材４０に比べて熱伝導度が低い空間５０（空気）が存在しているため、蓋部材４０と高屈折率樹脂３０とは実質的に熱絶縁された状態になっている。したがって、蓋部材４０の熱が、直接、高屈折率樹脂３０や光ファイバ１０に伝わってしまうことが抑制される。すなわち、空間５０は、蓋部材４０の熱が高屈折率樹脂３０や光ファイバ１０に伝達することを抑制する熱伝導抑制部として作用する。したがって、蓋部材４０の熱によって高屈折率樹脂３０や光ファイバ１０が高温となることが抑制され、その結果、出射光学系の信頼性が低下してしまうことが抑制される。

ところで、このような空間５０（熱伝導抑制部）を形成するために、上面２２から蓋部材４０に向かって突出する突部を一体的に形成される様に保持部材２０に設けることも考えられる。しかしながら、この場合、空間５０に照射されたクラッドモード光Ｌがこの突部に入射してしまい、保持部材２０の温度が上昇する結果、この保持部材２０の溝２１に保持されている高屈折率樹脂３０や光ファイバ１０が高温になり易くなる。また、突部に入射したクラッドモード光Ｌが上述した突部及びこの突部周辺で熱に変換された後、上述した様に一体的に形成されている分だけ、この熱が保持部材２０に直接伝わりやすくなる。したがって、このような保持部材２０の突部の数を減らすか、あるいは突部を設ける場合にはこの突部にクラッドモード光Ｌが入射し難いようにクラッドモード光除去構造を構成することが好ましい。

この点に関し、本実施形態のクラッドモード光除去構造１によれば、蓋部材４０が突出部４２Ａ，４２Ｂを備えているため、保持部材２０に突部を設けることなく空間５０を形成することができる。したがって、保持部材２０にクラッドモード光Ｌが入射することが抑制され、その結果、高屈折率樹脂３０や光ファイバ１０の温度が上昇してしまうことが効果的に抑制される。また、突出部４２Ａ又は突出部４２Ｂは、保持部材２０と一体的に形成されておらず、突出部４２Ａと保持部材２０との間又は突出部４２Ｂと保持部材２０との間の少なくとも一部に熱伝導抑制領域が存在している。したがって、空間５０に照射されたクラッドモード光Ｌがこの突出部４２Ａ又は突出部４２Ｂに入射しても、突出部４２Ａ又は突出部４２Ｂに入射した光Ｌが熱に変換された後、この熱の少なくとも一部は、突出部４２Ａ又は突出部４２Ｂよりも熱伝導度が低い熱伝導抑制領域を介して、保持部材２０に伝わることになる。したがって、突出部４２Ａ又は突出部４２Ｂと保持部材２０とが一体的に形成された構成と比べて、熱伝導抑制領域が存在している分だけ、突出部４２Ａ又は突出部４２Ｂから保持部材２０に熱が直接伝わることが抑制され、その結果、高屈折率樹脂３０や光ファイバ１０の温度が上昇してしまうことが効果的に抑制される。

以上のように、クラッドモード光除去構造１によれば、クラッドモード光が熱に変換されて出射光学系から効果的に除去される。また、クラッドモード光から変換された熱によって高屈折率樹脂３０や光ファイバ１０が高温になることが効果的に抑制される。

また、本実施形態によれば、クラッドモード光除去構造１に水冷板６０が取り付けられてクラッドモード光処理構造２が構成されているため、保持部材２０や蓋部材４０を水冷板６０によって効果的に冷却することができる。したがって、高屈折率樹脂３０や光ファイバ１０の温度上昇をより効果的に抑制することができる。

なお、高屈折率樹脂３０や蓋部材４０の光ファイバ１０の軸方向における長さは適宜変更することができるが、光ファイバ１０の軸方向におけるクラッド露出部１４の全長にわたって高屈折率樹脂３０及び蓋部材４０を設けることで、クラッド露出部１４から照射されたクラッドモード光がクラッド露出部１４の上記全長にわたって除去されるため、クラッドモード光の除去（処理）効果が高まる。

また、光ファイバ１０の軸方向における空間５０（熱伝導抑制部）の長さも適宜変更することができるが、熱伝導抑制効果を高めるために、光ファイバ１０の軸方向における保持部材２０の全長にわたって形成されることが好ましい。

また、図２では、クラッドモード光Ｌが＋Ｚ方向側に照射されるようにクラッドモード光除去構造を構成した例が示されているが、クラッドモード光除去構造を設置する向きは適宜変更することができる。例えば、図３に示すように、クラッドモード光Ｌが−Ｚ方向側に照射されるようにクラッドモード光除去構造を構成してもよいし、あるいは、図４に示すように、クラッドモード光Ｌが＋Ｘ方向側に照射されるようにクラッドモード光除去構造を構成してもよい。また、図３に示す例において、クラッドモード光処理構造を構成するために蓋部材４０の−Ｚ方向側の面に水冷板６０を取り付けてもよい。また、図４に示す例において、クラッドモード光処理構造を構成するために保持部材２０の側面及び蓋部材４０の側面に水冷板６０を取り付けてもよい。

ところで、図２に示すように、クラッドモード光Ｌは高屈折率樹脂３０の主面３１から上方（＋Ｚ方向）に向かって照射されるため、クラッドモード光Ｌの大部分は蓋部材４０の対向部４１（主部４４）に入射する。そのため、主部４４に照射される光のパワー密度を下げ、かつ、蓋部材４０からの熱を高屈折率樹脂３０に到達し難くするために、空間５０（熱伝導抑制部）を上記対向方向において厚くすることが好ましい。例えば、主部４４の上記対向方向における厚さを蓋部材４０の最大厚さ（図２の例では、＋Ｘ方向側端部４５Ａと突出部４２Ａとを合わせた上記対向方向における厚さ、及び−Ｘ方向側端部４５Ｂと突出部４２Ｂとを合わせた上記対向方向における厚さ）の半分以下又は半分未満にすることで、上記対向方向における空間５０の厚さを厚くしてもよい。

また、クラッド対向部４６が高温になることをより効果的に抑制するために、図５に示すクラッドモード光除去構造１０１（第２の実施形態）を構成してもよい。このクラッドモード光除去構造１０１の蓋部材１４０は、クラッド対向部１４６においてＺ方向の厚さが最も薄くなるように、かつ、クラッド対向部１４６から＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に向かうに従ってＺ方向の厚さが段階的に厚くなるように形成されている。これにより、クラッド対向部１４６の直下に位置する部分の厚さが最大厚さとなる空間１５０（熱伝導抑制部）が、蓋部材１４０と高屈折率樹脂３０との間に形成される。そして、この空間１５０を挟んで＋Ｘ方向側に突出部１４２Ａが、−Ｘ方向側に突出部１４２Ｂが、それぞれ位置している。

このように、本実施形態によれば、高屈折率樹脂３０の主面３１からクラッド対向部１４６までのＺ方向における長さを他の部分に比べて長くすることができるため、クラッド対向部１４６に入射するクラッドモード光のパワー密度を小さくすることができる。そのため、クラッド対向部１４６が高温になることがより効果的に抑制される。

ところで、再び図２を参照すると、クラッドモード光除去構造１の空間５０は断面視において長方形に形成されているため、クラッド対向部４６から＋Ｘ方向側又は−Ｘ方向側に離れるに従って、クラッド露出部１４から蓋部材４０までの距離が長くなる。すなわち、クラッドモード光除去構造１によれば、蓋部材４０の端部に近くなればなる程、照射される光のパワー密度が小さくなっていくため、蓋部材４０の温度分布が一様にならないという問題がある。このような問題に対応するために、以下の第３ないし第５の実施形態を構成してもよい。

図６は、本発明の第３の実施形態におけるクラッドモード光除去構造２０１を模式的に示す断面図である。図６に示すように、このクラッドモード光除去構造２０１の蓋部材２４０は、クラッド対向部２４６におけるＺ方向の厚さが最も薄くなるように、かつ、クラッド対向部２４６から＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に向かうに従ってＺ方向の厚さが次第に（連続的に）厚くなるように形成されている。これにより、クラッド対向部２４６の直下に位置する部分の厚さが最大厚さとなり、かつ＋Ｚ方向に凸となる略台形の空間２５０（熱伝導抑制部）が、蓋部材２４０と高屈折率樹脂３０との間に形成される。そして、この空間２５０を挟んで＋Ｘ方向側に突出部２４２Ａが、−Ｘ方向側に突出部２４２Ｂが、それぞれ位置している。

このように、本実施形態における空間２５０は、クラッド対向部２４６の直下に位置する部分が最も厚くなるように形成されていることにより、クラッド対向部２４６に入射するクラッドモード光のパワー密度が小さくなるため、クラッド対向部２４６が高温になることが効果的に抑制される。また、空間２５０は、クラッドモード光除去構造１の空間５０と異なり、＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に向かって末広がりに形成されていることにより、高屈折率樹脂３０の主面３１から蓋部材２４０までの距離が＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に向かうに従って次第に短くなっている。したがって、クラッドモード光のパワー密度が蓋部材２４０の内面２４３のどの位置であっても略等しくなりやすくなり、その結果、蓋部材２４０の温度のばらつきが抑制される。

図７は、本発明の第４の実施形態におけるクラッドモード光除去構造３０１を模式的に示す断面図である。このクラッドモード光除去構造３０１の蓋部材３４０は、クラッド対向部３４６のうち直線Ｑが通る部分３４６Ａ（ファイバ中心対向部）におけるＺ方向の厚さが最も薄くなるように、かつ、ファイバ中心対向部３４６Ａから＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に向かうに従ってＺ方向の厚さが次第に厚くなるように形成されている。換言すれば、蓋部材３４０と高屈折率樹脂３０との間には、ファイバ中心対向部３４６Ａの直下に位置する部分が最も厚くなっている略三角形の空間３５０（熱伝導抑制部）が形成される。そして、この空間３５０を挟んで＋Ｘ方向側に突出部３４２Ａが、−Ｘ方向側に突出部３４２Ｂが、それぞれ位置している

このように、本実施形態における空間３５０は、ファイバ中心対向部３４６Ａの直下に位置する部分が最も厚くなるように形成されていることにより、ファイバ中心対向部３４６Ａに入射するクラッドモード光のパワー密度が小さくなるため、ファイバ中心対向部３４６Ａが高温になることが効果的に抑制される。また、空間３５０は、＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に向かって末広がりに形成されていることにより、高屈折率樹脂３０の主面３１から蓋部材３４０までの距離が＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に向かうに従って次第に短くなっている。したがって、クラッドモード光のパワー密度が蓋部材３４０の内面３４３のどの位置であっても略等しくなりやすくなり、その結果、蓋部材３４０の温度のばらつきが抑制される。

図８は、本発明の第５の実施形態におけるクラッドモード光除去構造４０１を模式的に示す断面図である。このクラッドモード光除去構造４０１の蓋部材４４０は、クラッド対向部４４６のうち直線Ｑが通る部分４４６Ａ（ファイバ中心対向部）におけるＺ方向の厚さが最も薄くなるように、かつ、ファイバ中心対向部４４６Ａから＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に向かうに従ってＺ方向の厚さが次第に厚くなるように形成されている。換言すれば、蓋部材４４０と高屈折率樹脂３０との間には、ファイバ中心対向部４４６Ａの直下に位置する部分が最も厚くなっている略半円の空間４５０（熱伝導抑制部）が形成される。そして、この空間４５０を挟んで＋Ｘ方向側に突出部４４２Ａが、−Ｘ方向側に突出部４４２Ｂが、それぞれ位置している。

このように、本実施形態における空間４５０は、ファイバ中心対向部４４６Ａの直下に位置する部分が最も厚くなるように形成されていることにより、ファイバ中心対向部４４６Ａに入射するクラッドモード光のパワー密度が小さくなるため、ファイバ中心対向部４４６Ａが高温になることが効果的に抑制される。また、空間４５０は、＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に向かって末広がりに形成されていることにより、高屈折率樹脂３０の主面３１から蓋部材４４０までの距離が＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に向かうに従って次第に短くなっている。したがって、クラッドモード光のパワー密度が蓋部材４４０の内面４４３のどの位置であっても略等しくなりやすくなり、その結果、蓋部材４４０の温度のばらつきが抑制される。

ところで、保持部材に対する蓋部材の位置決めを容易にするために、以下のような位置決め構造を備えるクラッドモード光除去構造を構成してもよい。例えば、図９に示すクラッドモード光除去構造５０１（第６の実施形態）を構成してもよい。このクラッドモード光除去構造５０１は、上面２２の＋Ｘ方向側の端部から蓋部材４０の突出部４２Ａに向かって突出する凸部５２０Ａと、−Ｘ方向側の端部から蓋部材４０の突出部４２Ｂに向かって突出する凸部５２０Ｂとを含んでいる。また、クラッドモード光除去構造５０１は、突出部４２Ａの中央から＋Ｘ方向側の部分に形成された凹部５４２Ａと、突出部４２Ｂの中央から−Ｘ方向側の部分に形成された凹部５４２Ｂとを含んでいる。これら凹部５４２Ａ，５４２Ｂは、それぞれ対応する凸部５２０Ａ，５２０Ｂが係合できる形状及び寸法に形成されている。このような構成により、凸部５２０Ａが凹部５４２Ａに係合し、かつ、凸部５２０Ｂが凹部５４２Ｂに係合するため、蓋部材４０が保持部材２０に対して容易に位置決めされる。

ところで、このクラッドモード光除去構造５０１では、保持部材２０に凸部５２０Ａ，５２０Ｂが設けられることになるが、凸部５２０Ａの−Ｘ方向側には蓋部材４０の突出部４２Ａが、凸部５２０Ｂの＋Ｘ方向側には蓋部材４０の突出部４２Ｂがそれぞれ存在しているため、クラッドモード光Ｌが保持部材２０の凸部５２０Ａ，５２０Ｂに入射してしまうことが抑制される。

なお、図９では、クラッドモード光除去構造５０１の＋Ｘ方向側の端部及び−Ｘ方向側の端部において凸部５２０と凹部５４２とが係合する例が示されているが、図１０に示すように、クラッドモード光除去構造５０１の＋Ｘ方向側の端部からやや−Ｘ方向側にずれた位置に凸部５２０Ａと凹部５４２Ａとを形成し、−Ｘ方向側の端部からやや＋Ｘ方向側にずれた位置に凸部５２０Ｂと凹部５４２Ｂとを形成してもよい。このような構成によっても、図９に示す例と同様の効果を得ることができる。

また、保持部材に対する蓋部材の位置決めを容易にするために、図１１に示すクラッドモード光除去構造６０１（第７の実施形態）を構成してもよい。このクラッドモード光除去構造６０１では、上面２２の＋Ｘ方向側の端部に突出部受け６２０Ａが形成されており、−Ｘ方向側の端部に突出部受け６２０Ｂが形成されている。これら突出部受け６２０Ａ，６２０Ｂは、それぞれ対応する蓋部材４０の突出部４２Ａ，４２Ｂが係合できる形状及び寸法に形成されている。したがって、蓋部材４０が保持部材２０に対して容易に位置決めされる。

また、蓋部材の保持部材に対する位置決めを容易にするために、図１２に示すクラッドモード光除去構造７０１（第８の実施形態）を構成してもよい。このクラッドモード光除去構造７０１は、上面２２の＋Ｘ方向側の端部からやや−Ｘ方向側にずれた位置から蓋部材４０の突出部４２Ａに向かって突出する凸部７２０Ａと、−Ｘ方向側の端部からやや＋Ｘ方向側にずれた位置から突出部４２Ｂに向かって突出する凸部７２０Ｂとを含んでいる。また、クラッドモード光除去構造７０１は、突出部４２Ａの中央から−Ｘ方向側の部分に形成された凹部７４２Ａと、突出部４２Ｂの中央から＋Ｘ方向側の部分に形成された凹部７４２Ｂとを含んでいる。これら凹部７４２Ａ，７４２Ｂは、それぞれ対応する凸部７２０Ａ，７２０Ｂが係合できる形状及び寸法に形成されている。このような構成により、凸部７２０Ａが凹部７４２Ａに係合し、かつ、凸部７２０Ｂが凹部７４２Ｂに係合するため、蓋部材４０が保持部材２０に対して容易に位置決めされる。

このクラッドモード光除去構造７０１においては、凸部７２０Ａ，７２０Ｂのそれぞれが、空間５０に接しているが、図１２からは、凸部７２０Ａ，７２０Ｂが蓋部材４０の対向部４１まで延びている場合と比較して、凸部７２０Ａ，７２０Ｂの＋Ｚ方向の長さがおよそ半分程度しかないことがわかる。そのため、本実施形態においても、クラッドモード光Ｌが凸部７２０Ａ，７２０Ｂに入射することが抑制される。

なお、上述の第６ないし第８の実施形態における位置決め構造のうち２つ以上の構造を１つのクラッドモード光除去構造やクラッドモード光処理構造に併用してもよい。

さて、上述の第１ないし第８の実施形態においては、蓋部材が２つの突出部を含んでいる例を説明したが、突出部の数は少なくとも１つ以上であればよくて特に２つに限定されるものではなく、また、突出部の形状も特に限定されるものではない。例えば、図１３に示すように、本発明の第９の実施形態におけるクラッドモード光除去構造８０１を構成してもよい。このクラッドモード光除去構造８０１は、単一の突出部４２Ａを含み略Ｌ字状の外形を有する蓋部材８４０と、−Ｘ方向側の端部から＋Ｚ方向に突出する凸部８２２を有する保持部材８２０とを備えている。この凸部８２２は、蓋部材８４０の対向部８４１のうち−Ｘ方向側の端部８４３に接続されている。これにより、保持部材８２０と蓋部材８４０との間に空間８５０が形成される。このような構成によれば、保持部材８２０には単一の凸部８２２しか形成されていないことにより、保持部材８２０の凸部が＋Ｘ方向側にも形成されている場合に比べて、保持部材８２０に入射するクラッドモード光Ｌの量が減少するため、高屈折率樹脂３０や光ファイバ１０が高温になってしまうことが抑制される。なお、本発明の第９の実施形態における蓋部材８４０の対向部８４１は、−Ｘ方向側の端部８４３まで延びて構成されている。

ところで、上述の第１ないし第９の実施形態においては、＋Ｘ方向側の端部又は−Ｘ方向側の端部から突出部が延びている蓋部材の例を説明したが、蓋部材の形状はこれらに限定されない。例えば、図１４に示すように、蓋部材８４０の端部を突出部４２Ａの位置からさらに＋Ｘ方向側に延ばし、蓋部材８４０を全体として略Ｔ字型の外形にしてもよい。

また、上述の第１ないし第９の実施形態においては、空間（熱伝導抑制部）が高屈折率樹脂３０の主面３１と全面的に接している例を説明したが、例えば、本発明の第１０の実施形態におけるクラッドモード光除去構造９０１を構成してもよい。図１５に示すように、このクラッドモード光除去構造９０１において、蓋部材９４０の突出部９４２Ａ，９４２Ｂは、高屈折率樹脂３０の主面３１の外縁よりも内側に張り出すように形成されている。すなわち、保持部材２０と蓋部材９４０との間に形成される空間９５０（熱伝導抑制部）が、高屈折率樹脂３０の主面３１の一部に接するように形成されている。換言すれば、高屈折率樹脂３０は、その一部が蓋部材９４０に接しているものの、他の部分は蓋部材９４０に接していないため、蓋部材９４０の熱が高屈折率樹脂３０に伝わることが抑制される。

また、上述の第１ないし第１０の実施形態においては、蓋部材の対向部がクラッド対向部を有している例を説明したが、必ずしも蓋部材の対向部がクラッド露出部と対向する位置まで延びている必要はなく、保持部材２０の上面２２の少なくとも一部まで延びていればよい。

次に、本発明の第１１の実施形態におけるクラッドモード光処理構造１００２について説明する。図１６は、このようなクラッドモード光処理構造１００２を示す断面図である。図１６に示すように、クラッドモード光処理構造１００２は、クラッドモード光除去構造１００１と、クラッドモード光除去構造１００１が接続された水冷板６０とを備えている。クラッドモード光除去構造１００１は、保持部材２０と、保持部材２０との間で空間１０５０を形成する蓋部材１０４０とを含んでいる。保持部材２０のうち上面２２と反対側の面２３と、水冷板６０の上面６１との間には樹脂（好ましくは、熱伝導性に優れた樹脂）が設けられており、この樹脂を介して保持部材２０が水冷板６０に対して固定されている。なお、樹脂の代わりにネジ止め等により保持部材２０を水冷板６０に固定してもよい。

本実施形態において、蓋部材１０４０は、黒アルマイト処理が施されたアルミニウムから形成されている。図１６に示すように、この蓋部材１０４０は、保持部材２０の上面２２と高屈折率樹脂３０の主面３１とに対向する対向部１０４１と、対向部１０４１の＋Ｘ方向側の端部から−Ｚ方向に延びる突出部１０４２Ａと、対向部１０４１の−Ｘ方向側の端部から−Ｚ方向に延びる突出部１０４２Ｂとを含んでいる。突出部１０４２Ａの−Ｘ方向側の側面１０４４Ａは、その略下半分において保持部材２０の＋Ｘ方向側の側面２５Ａと接触している。同様に、突出部１０４２Ｂの＋Ｘ方向側の側面１０４４Ｂは、その略下半分において保持部材２０の−Ｘ方向側の側面２５Ｂと接触している。また、突出部１０４２Ａの底面１０４３Ａ及び突出部１０４２Ｂの底面１０４３Ｂと、水冷板６０の上面６１との間には樹脂１０４４（好ましくは、熱伝導性に優れた樹脂）が設けられており、この樹脂１０４４を介して蓋部材１０４０が水冷板６０に対して固定されている。なお、樹脂１０４４の代わりにネジ止め等により蓋部材１０４０を水冷板６０に固定してもよい。

このような構成により、保持部材２０の上面２２及び高屈折率樹脂３０の主面３１と、突出部１０４２Ａの側面１０４４Ａと、対向部１０４１の内面１０４１Ａと、突出部１０４２Ｂの側面１０４４Ｂとによって規定される空間１０５０（熱伝導抑制部）が、蓋部材１０４０と保持部材２０との間に形成され、これにより、蓋部材１０４０と高屈折率樹脂３０とが、実質的に熱絶縁された状態となる。したがって、光ファイバ１０のクラッド露出部１４から高屈折率樹脂３０及び空間１０５０に放射されたクラッドモード光が蓋部材１０４０において熱に変換された後、この熱が高屈折率樹脂３０に伝わってしまうことが効果的に抑制される。

また、本実施形態におけるクラッドモード光処理構造１００２によれば、蓋部材１０４０の突出部１０４２Ａ，１０４２Ｂが水冷板６０に接続されているため、蓋部材１０４０の熱が直接水冷板６０に伝わり、蓋部材１０４０が効果的に冷却される。このように、本実施形態によれば、クラッドモード光が効果的に除去され、また、クラッドモード光から変換された熱が効果的に処理される。そして、上述の熱が効果的に処理されることにより蓋部材１０４０や保持部材２０が高温になることが抑制されるため、安全性を確保することもできる。

次に、本発明の第１２の実施形態におけるクラッドモード光処理構造１１０２について説明する。図１７に示すように、クラッドモード光処理構造１１０２は、クラッドモード光除去構造１１０１と、クラッドモード光除去構造１１０１が接続された水冷板６０とを備えている。クラッドモード光除去構造１１０１は、水冷板６０に接続されている保持部材２０と、同様に水冷板６０に接続されている蓋部材１１４０とを含んでいる。この蓋部材１１４０は、対向部１０４１の＋Ｘ方向側の端部から−Ｚ方向に延びる突出部１１４２Ａと、対向部１０４１の−Ｘ方向側の端部から−Ｚ方向に延びる突出部１１４２Ｂとを有している。上述のクラッドモード光処理構造１００２と異なり、突出部１１４２Ａの−Ｘ方向側の側面１１４４Ａと、保持部材２０の＋Ｘ方向側の側面２５Ａとは離間している。同様に、突出部１１４２Ｂの＋Ｘ方向側の側面１１４４Ｂと、保持部材２０の−Ｘ方向側の側面２５Ｂとは離間している。このように、クラッドモード光処理構造１１０２の空間１１５０（熱伝導抑制部）は、対向部１０４１の内面１０４１Ａと保持部材２０の上面２２との間だけでなく、突出部１１４２Ａ，１１４２Ｂと保持部材２０との間にも形成されている。

このような構成によれば、蓋部材１１４０の熱が突出部１１４２Ａ，１１４２Ｂを介して保持部材２０に直接伝わることが抑制されるため、高屈折率樹脂３０や光ファイバ１０の温度上昇が極めて効果的に抑制される。

上述した第１ないし第１２の実施形態における保持部材２０は、黒アルマイト処理が施されたアルミニウムから形成されているため、クラッド露出部１４から高屈折率樹脂３０に漏れ出たクラッドモード光の一部は、保持部材２０の溝２１の内面で吸収され、保持部材２０の温度が上昇する。この保持部材２０の温度上昇は、蓋部材と比較すると小さいものであるが、近年のレーザ光の高出力化に伴って無視できないものとなり得る。このような保持部材２０の熱が高屈折率樹脂３０や光ファイバ１０に伝わると、これらの部材の信頼性が低下し得る。このため、以下の第１３及び第１４の実施形態においては、クラッド露出部１４から高屈折率樹脂３０に漏れ出たクラッドモード光が保持部材１２２０に吸収されにくい構造として、保持部材１２２０の温度上昇を抑制している。

図１８は、本発明の第１３の実施形態におけるクラッドモード光処理構造１２０２を模式的に示す断面図である。図１８に示すように、クラッドモード光処理構造１２０２は、略直方体状に形成された保持部材１２２０を含むクラッドモード光除去構造１２０１を備えている。この保持部材１２２０は、全面に金めっき処理が施されたアルミニウムから形成されている。

図１８に示すように、保持部材１２２０の上面における中央部には、Ｖ字状の断面形状を有する溝１２２１が形成されている。この溝１２２１は、図１８の紙面表側から裏側に向かう方向（光ファイバ１０の軸方向）に沿って形成されており、この溝１２２１内に光ファイバ１０のクラッド露出部１４が収容されている。この溝１２２１の内部には上述した高屈折率樹脂３０が充填されている。図１８に示すように、保持部材１２２０の溝１２２１の断面形状は、光ファイバ１０の中心を通りＺ方向に延びる直線Ｑに対して線対称となっている。

溝１２２１の内面には、上述した金めっき処理により光の反射率が高い金めっき層１２２２が形成されており、この金めっき層１２２２は、クラッド露出部１４から高屈折率樹脂３０に漏れ出たクラッドモード光を蓋部材４０に向けて反射する反射部として機能する。なお、本実施形態では、金めっき層１２２２が保持部材１２２０の全面に形成されているが、溝１２２１の内面の少なくとも一部にこのような金めっき層１２２２が形成されていればよい。

このような構成によれば、クラッド露出部１４から高屈折率樹脂３０に漏れ出て金めっき層１２２２に入射したクラッドモード光が、金めっき層１２２２で反射して蓋部材４０に向かうので、クラッド露出部１４から高屈折率樹脂３０に漏れ出たクラッドモード光が保持部材１２２０に吸収されることを抑制することができる。したがって、クラッドモード光による保持部材１２２０の温度上昇を抑えることができ、クラッドモード光除去構造１２０１の信頼性を向上することができる。

本実施形態では、保持部材１２２０の溝１２２１の断面形状がＺ方向に延びる直線Ｑに対して線対称となっているので、クラッドモード光を直線Ｑの両側で均等に反射することができる。さらに、本実施形態では、光ファイバ１０の中心がこの直線Ｑ上に位置しているため、クラッド露出部１４から高屈折率樹脂３０に漏れ出たクラッドモード光を直線Ｑの両側の金めっき層１２２２に均等に入射させることができる。

保持部材１２２０の溝１２２１の断面形状は上述したＶ字状に限られるものではない。例えば、保持部材１２２０の溝１２２１の断面形状は、図１９に示すような台形状であってもよく、あるいは他の多角形の形状であってもよい。また、図２０に示すように、保持部材１２２０の溝１２２１の断面形状を半円よりも短い円弧によって形成してもよい。このように保持部材１２２０の溝１２２１の断面形状を円弧により形成することで、溝１２２１の中に高屈折率樹脂３０をより効率的に充填することが可能となり、使用する高屈折率樹脂３０の量を減らすことができる。このため、クラッドモード光が高屈折率樹脂３０に吸収されて発生する熱を減らすことができる。この場合において、光ファイバ１０の中心を円弧の中心よりも円弧側（図２０において−Ｚ方向側）に位置させることで、金めっき層１２２２で反射するクラッドモード光を光ファイバの＋Ｚ方向側に位置する円弧の中心に向けることができ、クラッドモード光が効果的に蓋部材４０に照射される。

また、図２１に示すように、保持部材１２２０の溝１２２１の断面形状を楕円の一部により形成してもよい。このように保持部材１２２０の溝１２２１の断面形状を楕円の一部により形成することで、溝１２２１の中に高屈折率樹脂３０をより効率的に充填することが可能となり、使用する高屈折率樹脂３０の量を減らすことができる。このため、クラッドモード光が高屈折率樹脂３０に吸収されて発生する熱を減らすことができる。この場合において、光ファイバ１０の中心を楕円の焦点の位置に配置することで、金めっき層１２２２で反射するクラッドモード光を光ファイバの＋Ｚ方向側に位置する楕円の他方の焦点に向けることができ、クラッドモード光が効果的に蓋部材４０に照射される。

図２２は、本発明の第１４の実施形態におけるクラッドモード光処理構造１３０２を模式的に示す断面図である。このクラッドモード光処理構造１３０２は、上述した第１２の実施形態における保持部材２０（図１７）に代えて第１３の実施形態の保持部材１２２０を適用したものである。このように、上述した第１３の実施形態における保持部材１２２０を上述した第１ないし第１２の実施形態に適用することができる。また、図１９から図２１に示す保持部材１２２０も第１ないし第１２の実施形態に適用することができる。図２３、図２４、及び図２５は、それぞれ上述した図１９、図２０、及び図２１に対応するものである。

上述した第１３及び第１４の実施形態においては、クラッド露出部１４から高屈折率樹脂３０に漏れ出たクラッドモード光を蓋部材４０に向けて反射する反射部として金めっき層１２２２を用いた例を説明したが、これに限られるわけではない。なお、このような反射部は、８５％以上の反射率を有していることが好ましい。

上述した第１ないし第１４の実施形態においては、熱伝導抑制部が空間（空気）として形成された例を説明したが、熱伝導抑制部は必ずしも空間（空気）に限定されない。例えば、上記熱伝導抑制部を窒素（Ｎ₂）やアルゴン（Ａｒ）などの気体から形成してもよい（すなわち、上記空間に窒素やアルゴンを充填してもよい）。あるいは、高屈折率樹脂と蓋部材との間に光透過性を有する低熱伝導部材を介在させることで、熱伝導抑制部を構成してもよい。このような低熱伝導部材として、例えば、光透過性を有しかつ熱伝導の低い石英を用いることができる。あるいは、高屈折率樹脂３０と蓋部材との界面に低熱伝導処理を施してもよい。このような低熱伝導処理は、例えば、高屈折率樹脂と蓋部材との界面に液状化した石英ガラスを塗布することによって行うことができる。また、このような低熱伝導部の形状及び数は特に限定されるものではない。

また、上述した第１ないし第１４の実施形態においては、光ファイバのクラッド露出部が蓋部材の対向部と正対している例（すなわち、クラッド露出部が上記直線Ｑに対して線対称に形成されている例）を説明したが、クラッドモード光の少なくとも一部がクラッド露出部から対向部又は蓋部材４０の内面に到達できるのであれば、必ずしもクラッド露出部が対向部に正対している必要はない。すなわち、クラッド露出部の一部が対向部に対向するように、クラッド露出部が直線Ｑに対して＋Ｘ方向側又は−Ｘ方向側に傾いていてもよい。

また、上述した第１ないし第１２の実施形態においては、蓋部材及び保持部材を黒アルマイト処理が施されたアルミニウムで形成した例を説明したが、一定の熱伝導性を有するのであれば、蓋部材及び保持部材の材料を任意に選択してもよい。例えば、蓋部材や保持部材を銅で形成してもよい。

また、上述した第１ないし第１４の実施形態においては、高屈折率樹脂を保持部材の溝全体に充填した例を説明したが、必ずしも溝全体に充填する必要はなく、クラッド露出部の少なくとも一部を覆うように設けられていればよい。

このようなクラッドモード光除去構造又はクラッドモード光処理構造は、ファイバレーザなどのレーザ装置においてクラッドモード光を除去したい箇所に適用することができる。図２６は、本発明に係るクラッドモード光除去構造又はクラッドモード光処理構造を適用可能なレーザ装置の一例を示す模式図である。

図２６に示すレーザ装置２１０１は、ファイバレーザとして構成されており、レーザ光源としての光ファイバ増幅器２１０２とレーザ出射部２１６０とを備えている。光ファイバ増幅器２１０２は、光共振器２１１０と、光共振器２１１０の前方から光共振器２１１０に励起光を導入する複数の前方励起光源２１２０Ａと、これらの前方励起光源２１２０Ａが接続された前方インラインコンバイナ２１２２Ａと、光共振器２１１０の後方から光共振器２１１０に励起光を導入する複数の後方励起光源２１２０Ｂと、これらの後方励起光源２１２０Ｂが接続された後方インラインコンバイナ２１２２Ｂとを備えている。光共振器２１１０は、イットリウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）などの希土類イオンが添加されたコアを有する増幅用光ファイバ２１１２と、増幅用光ファイバ２１１２及び前方インラインコンバイナ２１２２Ａと接続される高反射ファイバブラッググレーディング（High Reflectivity Fiber Bragg Grating（ＨＲ−ＦＢＧ））２１１４と、増幅用光ファイバ２１１２及び後方インラインコンバイナ２１２２Ｂと接続される低反射ファイバブラッググレーディング（Output Coupler Fiber Bragg Grating（ＯＣ−ＦＢＧ））２１１６とから構成されている。例えば、増幅用光ファイバ２１１２は、コアの周囲に形成された内側クラッドと、内側クラッドの周囲に形成された外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバによって構成される。

また、図２６に示すように、光ファイバ増幅器２１０２は、後方インラインコンバイナ２１２２Ｂから延びる第１のデリバリファイバ２１３０と、この第１のデリバリファイバ２１３０と融着接続部２１４０で融着接続される第２のデリバリファイバ２１５０とをさらに有している。この第２のデリバリファイバ２１５０の下流側の端部には増幅用光ファイバ２１１２からのレーザ発振光を例えば被処理物に向けて出射するレーザ出射部２１６０が設けられている。

前方励起光源２１２０Ａ及び後方励起光源２１２０Ｂとしては、例えば、波長９１５ｎｍの高出力マルチモード半導体レーザ（ＬＤ）を用いることができる。前方インラインコンバイナ２１２２Ａ及び後方インラインコンバイナ２１２２Ｂは、それぞれ前方励起光源２１２０Ａ及び後方励起光源２１２０Ｂから出力される励起光を結合して上述した増幅用光ファイバ２１１２の内側クラッドに導入するものである。これにより、増幅用光ファイバ２１１２の内側クラッドの内部を励起光が伝搬する。

ＨＲ−ＦＢＧ２１１４は、周期的に光ファイバの屈折率を変化させて形成されるもので、所定の波長帯の光を１００％に近い反射率で反射するものである。ＯＣ−ＦＢＧ２１１６は、ＨＲ−ＦＢＧ２１１４と同様に、周期的に光ファイバの屈折率を変化させて形成されるもので、ＨＲ−ＦＢＧ２１１４で反射される波長帯の光の一部（例えば１０％）を通過させ、残りを反射するものである。このように、ＨＲ−ＦＢＧ２１１４と増幅用光ファイバ２１１２とＯＣ−ＦＢＧ２１１６とによって、ＨＲ−ＦＢＧ２１１４とＯＣ−ＦＢＧ２１１６との間で特定の波長帯の光を再帰的に増幅してレーザ発振を生じさせる光共振器２１１０が構成される。

このような構成のレーザ装置２１０１において、上述したクラッドモード光除去構造やクラッドモード光処理構造（例えば、本発明の第１２の実施形態におけるクラッドモード光処理構造１１０２）を、例えば、光ファイバ増幅器２１０２において第１のデリバリファイバ２１３０と第２のデリバリファイバ２１５０とを融着接続する融着接続部２１４０に適用することができる。このように、融着接続部２１４０にクラッドモード光処理構造１１０２を適用することで、増幅用光ファイバ２１１２にて吸収されずに第１のデリバリファイバ２１３０のクラッドを伝搬する励起光や増幅用光ファイバ２１１２のコアから漏れ出たレーザ光などのクラッドモード光が熱に変換される。そして、クラッドモード光から変換された熱が効果的に処理される。また、このクラッドモード光処理構造１１０２によれば、クラッドモード光から生じた熱によってクラッドモード光処理構造１１０２内の高屈折率樹脂や光ファイバの温度上昇が効果的に抑制されることにより、クラッドモード光処理構造１１０２における高屈折率樹脂や光ファイバの信頼性が損なわれることが防止されるため、レーザ装置の信頼性を確保しつつ高出力化を実現することが可能となる。また、クラッド露出部１４の全長にわたって図１７に示す構造を構成することで、より効果的にクラッドモード光を除去しかつ熱を処理することが可能となるので、クラッドモード光を処理し熱を処理するためのスペースを少なくすることができる。そのため、システムの小型化を実現することが可能となる。

なお、本発明に係るクラッドモード光除去構造やクラッドモード光処理構造は、融着接続部２１４０に限られず、クラッドモード光を除去したい任意の箇所に設けてよいことは言うまでもない。例えば、光ファイバ増幅器２１０２の前方インラインコンバイナ２１２２Ａや後方インラインコンバイナ２１２２Ｂに適用してもよい。

また、図２６に示す例では、ＨＲ−ＦＢＧ２１１４側とＯＣ−ＦＢＧ２１１６側の双方に励起光源２１２０Ａ，２１２０Ｂとコンバイナ２１２２Ａ，２１２２Ｂが設けられており、双方向励起型のファイバレーザとなっているが、ＨＲ−ＦＢＧ２１１４側とＯＣ−ＦＢＧ２１１６側のいずれか一方にのみ励起光源とコンバイナを設置することとしてもよい。また、光共振器２１１０内でレーザ発振させるための反射手段としてＦＢＧに代えてミラーを用いることもできる。

図２７は、本発明に係るクラッドモード光除去構造を適用可能なレーザ装置の他の例を示す模式図である。図２７に示すレーザ装置３２０１は、ファイバレーザとして構成されており、レーザ光源としての光ファイバ増幅器３２０２とレーザ出射部３２６０とを備えている。光ファイバ増幅器３２０２は、信号光を発生させる信号光発生器３２１０と、励起光を発生させる複数の励起光源３２２０と、信号光発生器３２１０からの信号光と励起光源３２２０からの励起光とを結合して出力する光カプラ３２２２と、光カプラ３２２２の出力端３２２４に端部が接続された増幅用光ファイバ３２１２と、増幅用光ファイバ３２１２と融着接続部３２４０で融着接続されるデリバリファイバ３２５０を備えている。デリバリファイバ３２５０の下流側の端部には、増幅用光ファイバ３２１２からのレーザ発振光を例えば被処理物に向けて出射するレーザ出射部３２６０が設けられている。

図２８は、増幅用光ファイバ３２１２を模式的に示す断面図である。図２８に示すように、増幅用光ファイバ３２１２は、信号光発生器３２１０により生成された信号光を伝搬するコア３２１４と、コア３２１４の周囲に形成された内側クラッド３２１６と、内側クラッド３２１６の周囲に形成された外側クラッド３２１８とを有するダブルクラッドファイバによって構成される。コア３２１４は、例えばＹｂなどの希土類元素が添加されたＳｉＯ₂からなり、信号光を伝搬する信号光導波路となっている。内側クラッド３２１６は、コア３２１４の屈折率よりも低い屈折率の材料（例えばＳｉＯ₂）からなる。外側クラッド３２１８は、内側クラッド３２１６の屈折率よりも低い屈折率の樹脂（例えば低屈折率ポリマー）からなる。これにより、内側クラッド３２１６は励起光を伝搬する励起光導波路となる。

信号光発生器３２１０からの信号光は、増幅用光ファイバ３２１２のコア３２１４の内部を伝搬し、励起光源３２２０からの励起光は増幅用光ファイバ３２１２の内側クラッド３２１６及びコア３２１４の内部を伝搬する。励起光がコア３２１４を伝搬する際に、コア３２１４に添加された希土類元素イオンが励起光を吸収して励起され、誘導放出によってコア３２１４中を伝搬する信号光が増幅される。

このような構成のレーザ装置３２０１において、例えばクラッドモード光処理構造１１０２を、例えば増幅用光ファイバ３２１２とデリバリファイバ３２５０とを融着接続する融着接続部３２４０に適用することができる。このように、光ファイバ増幅器３２０２の融着接続部３２４０にクラッドモード光処理構造１１０２を適用することで、増幅用光ファイバ３２１２にて吸収されなかった励起光や増幅用光ファイバ３２１２のコアから漏れ出たレーザ光などのクラッドモード光を効果的に熱に変換して除去することができ、かつ、この熱を効果的に処理することができる。

なお、本発明に係るクラッドモード光除去構造やクラッドモード光処理構造は、融着接続部３２４０に限られず、クラッドモード光を除去したい任意の箇所に設けることができることは言うまでもない。例えば、信号光発生器３２１０からの信号光と励起光源３２２０からの励起光とを結合して出力する光カプラ３２２２に適用してもよい。

また、上述の実施形態では本発明に係るクラッドモード光除去構造やクラッドモード光処理構造をファイバレーザに適用した例を説明したが、ファイバレーザに限られず、半導体レーザなど、レーザ光源を有するレーザ装置に本発明を適用できることは言うまでもない。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１ クラッドモード光除去構造
２ クラッドモード光処理構造
１０ 光ファイバ
１２ クラッド
１３ 被覆
１４ クラッド露出部
２０ 保持部材
２１ 溝
２２ 上面
２５Ａ 側面
２５Ｂ 側面
３０ 高屈折率樹脂
３１ 主面
４０ 蓋部材（熱変換部）
４１ 対向部
４２Ａ，１４２Ａ，２４２Ａ，３４２Ａ，４４２Ａ 突出部
４２Ｂ，１４２Ｂ，２４２Ｂ，３４２Ｂ，４４２Ｂ 突出部
４３ 内面
４４ 主部
４５Ａ ＋Ｘ方向側端部
４５Ｂ −Ｘ方向側端部
４６ クラッド対向部
５０ 空間（熱伝導抑制部）
６０ 水冷板（冷却部）
７０ 樹脂（熱伝導抑制領域）
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１，１００１，１１０１ クラッドモード光除去構造
１４０，２４０，３４０，４４０，８４０，９４０，１０４０，１１４０ 蓋部材（熱変換部）
１４６，２４６，３４６，４４６ クラッド対向部
１５０，２５０，３５０，４５０，８５０，９５０，１０５０，１１５０ 空間（熱伝導抑制部）
２４３，３４３，４４３ 内面
３４６Ａ，４４６Ａ ファイバ中心対向部
５２０Ａ，５２０Ｂ，７２０Ａ，７２０Ｂ 凸部
５４２Ａ，５４２Ｂ，７４２Ａ，７４２Ｂ 凹部
６２０Ａ，６２０Ｂ 突出部受け
８２０ 保持部材
８２２ 凸部
８４１，１０４１ 対向部
８４３ 端部
９４２Ａ，９４２Ｂ，１０４２Ａ，１０４２Ｂ，１１４２Ａ，１１４２Ｂ 突出部
１００２，１１０２ クラッドモード光処理構造
１０４１Ａ 内面
１０４３Ａ，１０４３Ｂ 底面
１０４４Ａ，１０４４Ｂ，１１４４Ａ，１１４４Ｂ 側面
２１０１ レーザ装置
２１０２ 光ファイバ増幅器
２１１０ 光共振器
２１１２ 増幅用光ファイバ
２１１４ ＨＲ-ＦＢＧ
２１１６ ＯＣ-ＦＢＧ
２１２０Ａ 前方励起光源
２１２０Ｂ 後方励起光源
２１２２Ａ 前方インラインコンバイナ
２１２２Ｂ 後方インラインコンバイナ
２１３０ 第１のデリバリファイバ
２１４０ 融着接続部
２１５０ 第２のデリバリファイバ
２１６０ レーザ出射部
３２０１ レーザ装置
３２０２ 光ファイバ増幅器
３２１０ 信号光発生器
３２１２ 増幅用光ファイバ
３２１４ コア
３２１６ 内側クラッド
３２１８ 外側クラッド
３２２０ 励起光源
３２２２ 光カプラ
３２２４ 出力端
３２４０ 融着接続部
３２５０ デリバリファイバ
３２６０ レーザ出射部

Claims (19)

1. クラッド内を伝搬するクラッドモード光を除去するクラッドモード光除去構造であって、
   被覆の少なくとも一部が除去されて前記クラッドが露出したクラッド露出部を含む光ファイバと、
   前記クラッドの屈折率以上の屈折率を有し、少なくとも前記クラッド露出部の一部を覆うように設けられた高屈折率樹脂と、
   前記光ファイバの一部と前記高屈折率樹脂とを保持する保持部材と、
   前記高屈折率樹脂の少なくとも一部に対向する対向部と、前記対向部から前記保持部材側に突出する少なくとも１つの突出部とを含み、前記高屈折率樹脂を通って照射された前記クラッドモード光を熱に変換する熱変換部と、
   前記熱変換部よりも熱伝導度が低い熱伝導抑制部であって、前記熱変換部と前記高屈折率樹脂との間に位置し、かつ前記高屈折率樹脂の少なくとも一部に接する熱伝導抑制部とを備え、
   前記突出部と前記保持部材との間の少なくとも一部に、前記突出部よりも熱伝導度が低い熱伝導抑制領域を含む、クラッドモード光除去構造。
2. 前記熱変換部の前記対向部は、該対向部と前記高屈折率樹脂とが対向する対向方向において前記クラッド露出部の少なくとも一部に対向するクラッド対向部を含み、前記クラッド露出部は、前記熱伝導抑制部の少なくとも一部と対向する、請求項１に記載のクラッドモード光除去構造。
3. 前記対向方向における前記クラッド対向部の厚さは、前記対向方向における前記熱変換部の最大厚さの半分以下である、請求項２に記載のクラッドモード光除去構造。
4. 前記熱変換部の前記クラッド対向部は、前記光ファイバの中心に対向するファイバ中心対向部を含み、
   前記クラッド露出部が前記クラッド対向部に正対し、かつ、
   前記ファイバ中心対向部から前記突出部に向かって段階的に又は連続的に、前記熱変換部の前記対向方向における厚さが増加する、
   請求項２又は３に記載のクラッドモード光除去構造。
5. 前記保持部材は、前記熱変換部の前記突出部が係合可能な突出部受けを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のクラッドモード光除去構造。
6. 前記保持部材は、前記熱変換部の前記突出部に向かって突出する凸部を含み、
   前記突出部には、前記凸部が係合可能な凹部が形成されている、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のクラッドモード光除去構造。
7. 前記保持部材には、前記光ファイバの一部と前記高屈折率樹脂とを収容する溝が形成され、
   前記保持部材の前記溝の内面の少なくとも一部には、前記クラッド露出部から前記高屈折率樹脂に漏れ出た前記クラッドモード光を前記熱変換部に向けて反射する反射部が形成されている、
   請求項１から６のいずれか一項に記載のクラッドモード光除去構造。
8. 前記保持部材の前記溝の断面形状はＶ字状である、請求項７に記載のクラッドモード光除去構造。
9. 前記保持部材の前記溝の断面形状は台形状である、請求項７に記載のクラッドモード光除去構造。
10. 前記保持部材の前記溝の断面形状は多角形状である、請求項７に記載のクラッドモード光除去構造。
11. 前記保持部材の前記溝の断面形状は、半円よりも短い円弧により形成される、請求項７に記載のクラッドモード光除去構造。
12. 前記光ファイバの中心は、前記円弧の中心よりも前記円弧側に位置している、請求項１１に記載のクラッドモード光除去構造。
13. 前記保持部材の前記溝の断面形状は、楕円の一部により形成される、請求項７に記載のクラッドモード光除去構造。
14. 前記光ファイバの中心は、前記楕円の焦点の位置にある、請求項１３に記載のクラッドモード光除去構造。
15. 前記保持部材の前記溝の断面形状は、前記熱変換部の前記対向部と前記高屈折率樹脂とが対向する対向方向に沿って延びる直線に対して線対称である、請求項７から１４のいずれか一項に記載のクラッドモード光除去構造。
16. 前記光ファイバの中心は前記線上に位置する、請求項１５に記載のクラッドモード光除去構造。
17. 請求項１から１６のいずれか一項に記載のクラッドモード光除去構造と、
    前記保持部材のうち前記対向部と対向する面の反対側に位置する面に接続される冷却部と
    を備え、
    前記クラッドモード光除去構造における前記熱変換部の前記突出部が前記冷却部に接続されている、クラッドモード光処理構造。
18. 前記保持部材と前記熱変換部の前記突出部との間にまで上記熱伝導抑制部が延びる、請求項１７に記載のクラッドモード光処理構造。
19. レーザ光源と、
    前記レーザ光源に接続された光ファイバと、
    請求項１から１６のいずれか一項に記載のクラッドモード光除去構造と
    を備え、
    前記クラッドモード光除去構造は、前記レーザ光源に接続された前記光ファイバのクラッド内を伝搬するクラッドモード光を除去するように構成される、
    レーザ装置。

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