JP2021139963A

JP2021139963A - Optical coupler and optical output device

Info

Publication number: JP2021139963A
Application number: JP2020035273A
Authority: JP
Inventors: 寿昭津田; Toshiaki Tsuda
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2021-09-16

Abstract

To provide an optical coupler having low transmission loss over a wide wavelength band, and an optical output device using the same.SOLUTION: An optical coupler comprises a plurality of input optical fibers, and an output optical fiber to which light is inputted from the plurality of input optical fibers. A tip end of each of the plurality of input optical fibers is connected to the output optical fiber. The output optical fiber includes: a core part made of silica glass with an addition of at least chlorine or an alkali metal; and a cladding layer formed on an outer periphery of the core part and having a refractive index lower than a maximum refractive index of the core part.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光結合器及び光出力装置に関する。 The present invention relates to an optical coupler and an optical output device.

光結合器としては、例えば特許文献１に開示されたＴＦＢ（Tapered Fiber Bundle）がある。この光結合器は、複数の入力光ファイバと、出力光ファイバとを備えている。複数の入力光ファイバは、束ねられて束部が形成されており、束部の先端部が出力光ファイバに接続されている。この光結合器によれば、複数の光源から入力光ファイバへ出力された光を結合して出力光ファイバから出力することができる。 Examples of the optical coupler include TFB (Tapered Fiber Bundle) disclosed in Patent Document 1. This optical coupler includes a plurality of input optical fibers and an output optical fiber. The plurality of input optical fibers are bundled to form a bundle portion, and the tip end portion of the bundle portion is connected to the output optical fiber. According to this optical coupler, the light output from a plurality of light sources to the input optical fiber can be combined and output from the output optical fiber.

米国特許第５８６４６４４号明細書U.S. Pat. No. 5,864,644

光結合器は、複数の光源から光結合器へ出力される光の帯域が全て同じではない場合、複数の波長帯域の光を伝送することになる。この場合、光結合器は、広い波長帯域で伝送損失が低いことが好ましい。伝送損失を低減した光ファイバとして、例えばヒドロキシ基が高濃度で添加されたシリカガラスで形成された光ファイバがある。この光ファイバは、青色の波長帯域の光については、ヒドロキシ基が高濃度で添加されていない光ファイバと比較して伝送損失が低減されている。しかしながら、この光ファイバは、赤外帯域の波長の光については、添加されているヒドロキシ基によって吸収されるために伝送損失が大きい。このため、青色帯域から赤外帯域まで幅広く複数の波長帯域の光を伝送する光ファイバとしては適していない。 The optical coupler transmits light in a plurality of wavelength bands when the bands of light output from the plurality of light sources to the optical coupler are not all the same. In this case, the optical coupler preferably has a low transmission loss in a wide wavelength band. As an optical fiber with reduced transmission loss, for example, there is an optical fiber formed of silica glass to which a hydroxy group is added at a high concentration. This optical fiber has a reduced transmission loss for light in the blue wavelength band as compared with an optical fiber to which no hydroxy group is added at a high concentration. However, this optical fiber has a large transmission loss because it is absorbed by the added hydroxy group for light having a wavelength in the infrared band. Therefore, it is not suitable as an optical fiber that transmits light in a wide range of wavelength bands from the blue band to the infrared band.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、広い波長帯域で伝送損失が低い光結合器及びこれを用いた光出力装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an optical coupler having a low transmission loss in a wide wavelength band and an optical output device using the same.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光結合器は、複数の入力光ファイバと、前記複数の入力光ファイバから光が入力される出力光ファイバと、を備え、前記複数の入力光ファイバのそれぞれは、先端部が前記出力光ファイバに接続されており、前記出力光ファイバは、少なくとも塩素又はアルカリ金属が添加されたシリカガラスからなるコア部と、前記コア部の外周に形成されており、屈折率が前記コア部の最大屈折率よりも低いクラッド層と、を備える。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the optical coupler according to one aspect of the present invention includes a plurality of input optical fibers, an output optical fiber in which light is input from the plurality of input optical fibers, and an output optical fiber in which light is input from the plurality of input optical fibers. Each of the plurality of input optical fibers has a tip end connected to the output optical fiber, and the output optical fiber has a core portion made of silica glass to which at least chlorine or an alkali metal is added, and the said. A clad layer formed on the outer periphery of the core portion and having a refractive index lower than the maximum refractive index of the core portion is provided.

本発明の一態様に係る光結合器は、緑色帯域以下の波長の光を前記出力光ファイバへ入力する前記入力光ファイバは、少なくとも塩素又はアルカリ金属が添加されたシリカガラスからなるコア部と、前記コア部の外周に形成されており、屈折率が前記コア部の最大屈折率よりも低いクラッド層と、を備えることを特徴とする。 In the optical coupler according to one aspect of the present invention, the input optical fiber that inputs light having a wavelength equal to or lower than the green band into the output optical fiber includes a core portion made of silica glass to which at least chlorine or alkali metal is added. It is characterized by including a clad layer formed on the outer periphery of the core portion and having a refractive index lower than the maximum refractive index of the core portion.

本発明の一態様に係る光結合器は、前記複数の入力光ファイバの各々は、少なくとも塩素又はアルカリ金属が添加されたシリカガラスからなるコア部と、前記コア部の外周に形成されており、屈折率が前記コア部の最大屈折率よりも屈折率が低いクラッド層と、を備えることを特徴とする。 In the optical coupler according to one aspect of the present invention, each of the plurality of input optical fibers is formed in a core portion made of silica glass to which at least chlorine or an alkali metal is added, and an outer periphery of the core portion. It is characterized by including a clad layer having a refractive index lower than the maximum refractive index of the core portion.

本発明の一態様に係る光結合器は、前記クラッド層には、少なくともフッ素又はホウ素が添加されていることを特徴とする。 The optical coupler according to one aspect of the present invention is characterized in that at least fluorine or boron is added to the clad layer.

本発明の一態様に係る光結合器は、前記アルカリ金属は、カリウム又はナトリウムであることを特徴とする。 The photocoupler according to one aspect of the present invention is characterized in that the alkali metal is potassium or sodium.

本発明の一態様に係る光結合器は、前記出力光ファイバは、シリコーンからなる被覆層が前記クラッド層の外周に形成されていることを特徴とする。 The optical coupler according to one aspect of the present invention is characterized in that the output optical fiber has a coating layer made of silicone formed on the outer periphery of the clad layer.

本発明の一態様に係る光結合器は、緑色帯域以下の波長の光を前記出力光ファイバへ入力する前記入力光ファイバは、シリコーンからなる被覆層が前記クラッド層の外周に形成されていることを特徴とする。 In the optical coupler according to one aspect of the present invention, the input optical fiber that inputs light having a wavelength equal to or lower than the green band into the output optical fiber has a coating layer made of silicone formed on the outer periphery of the clad layer. It is characterized by.

本発明の一態様に係る光結合器は、前記出力光ファイバは、波長が８８０ｎｍの光の伝搬損失が０．０１ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする。 The optical coupler according to one aspect of the present invention is characterized in that the output optical fiber has a propagation loss of light having a wavelength of 880 nm of 0.01 dB / m or less.

本発明の一態様に係る光出力装置は、複数の光源装置と、前記のいずれか一つに記載の光結合器と、を備え、前記複数の光源装置のそれぞれには、前記複数の入力光ファイバのいずれか一つが接続されており、前記複数の光源装置の少なくともいずれか一つは、接続されている前記入力光ファイバへ緑色帯域以下の波長の光を出力することを特徴とする。 The optical output device according to one aspect of the present invention includes a plurality of light source devices and the optical coupler according to any one of the above, and each of the plurality of light source devices includes the plurality of input lights. Any one of the fibers is connected, and at least one of the plurality of light source devices is characterized in that light having a wavelength equal to or lower than the green band is output to the connected input optical fiber.

本発明の一態様に係る光出力装置は、複数の光源装置の少なくともいずれか一つは、接続されている前記入力光ファイバへ赤外帯域の波長の光を出力することを特徴とする。 The optical output device according to one aspect of the present invention is characterized in that at least one of the plurality of light source devices outputs light having a wavelength in the infrared band to the connected input optical fiber.

本発明によれば、広い波長帯域で伝送損失が低い光結合器及びこれを用いた光出力装置を提供することができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to provide an optical coupler having a low transmission loss in a wide wavelength band and an optical output device using the same.

図１は、光結合器を備えた光出力装置の模式図である。FIG. 1 is a schematic view of an optical output device including an optical coupler. 図２は、第１実施形態に係る光結合器の断面の模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the optical coupler according to the first embodiment. 図３は、出力光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a refractive index profile of the output optical fiber. 図４は、比較対象の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the refractive index profile of the optical fiber to be compared. 図５は、出力光ファイバの伝搬損失の特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of propagation loss of the output optical fiber. 図６は、第２実施形態に係る光結合器の断面の模式図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the optical coupler according to the second embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複説明を適宜省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法や各要素の比率等は、現実と異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below. Further, in the description of the drawings, the same or corresponding elements are appropriately designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted as appropriate. In addition, the drawings are schematic, and the dimensions of each element, the ratio of each element, and the like may differ from the reality.

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る光結合器２０Ａを備えた光出力装置１００の模式図である。この光出力装置１００は、レーザ加工に使用するレーザ装置として構成されており、複数の光源装置１０と、光結合器２０Ａと、加工ヘッド３０とを備えている。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic view of an optical output device 100 provided with an optical coupler 20A according to the first embodiment. The light output device 100 is configured as a laser device used for laser processing, and includes a plurality of light source devices 10, an optical coupler 20A, and a processing head 30.

光結合器２０Ａは、複数の入力光ファイバ２１と、出力光ファイバ２２とを備えている。光源装置１０は、たとえば半導体レーザやファイバレーザを備えており、それぞれレーザ光を出力する。本実施形態においては、光源装置１０及び入力光ファイバ２１の数は７であるとする。複数の光源装置１０のそれぞれには、複数の入力光ファイバ２１のうちのいずれか一つが接続されており、各光源装置１０から出力されたレーザ光は、接続されている一つの入力光ファイバ２１に入力される。複数の光源装置１０においては、赤外帯域（例えば１０００ｎｍ〜１１００ｎｍ）の波長のレーザ光を出力するものと、緑色帯域（例えば４９５ｎｍ〜５７０ｎｍ）の波長のレーザ光を出力するものと、青色帯域（例えば４５０ｎｍ〜４９５ｎｍ）の波長のレーザ光を出力するものがある。 The optical coupler 20A includes a plurality of input optical fibers 21 and an output optical fiber 22. The light source device 10 includes, for example, a semiconductor laser or a fiber laser, and outputs laser light, respectively. In the present embodiment, it is assumed that the number of the light source device 10 and the input optical fiber 21 is 7. Any one of the plurality of input optical fibers 21 is connected to each of the plurality of light source devices 10, and the laser light output from each light source device 10 is the one connected input optical fiber 21. Is entered in. In the plurality of light source devices 10, one that outputs laser light having a wavelength in the infrared band (for example, 1000 nm to 1100 nm), one that outputs laser light having a wavelength in the green band (for example, 495 nm to 570 nm), and one that outputs laser light having a wavelength in the blue band (for example, 495 nm to 570 nm). For example, there is one that outputs a laser beam having a wavelength of 450 nm to 495 nm).

光結合器２０Ａは、各光源装置１０から入力光ファイバ２１へ出力されたレーザ光を合波し、出力光ファイバ２２に出力する。出力光ファイバ２２は、合波されたレーザ光を加工ヘッド３０に伝送する。加工ヘッド３０は伝送されたレーザ光を出力し、加工対象に照射する。これによってレーザ加工が実行される。 The optical coupler 20A combines the laser light output from each light source device 10 to the input optical fiber 21 and outputs the laser light to the output optical fiber 22. The output optical fiber 22 transmits the combined laser beam to the processing head 30. The processing head 30 outputs the transmitted laser beam and irradiates the processing target. This causes laser machining to be performed.

図２は、第１実施形態に係る光結合器２０Ａの断面の模式図である。光結合器２０Ａは、７本の入力光ファイバ２１と、１本の出力光ファイバ２２と、を備えている。７本の入力光ファイバ２１は、１本が中心に配置され、中心の一本の外周側に６本が配置されており、最密充填となるように配列されている。７本の入力光ファイバ２１のうち中心に位置する入力光ファイバ２１には、赤外帯域の波長のレーザ光が光源装置１０から入力される。中心以外の他の６本の入力光ファイバ２１については、緑色帯域の波長のレーザ光が光源装置１０から入力されるものと、青色帯域の波長のレーザ光が光源装置１０から入力されるものがある。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the optical coupler 20A according to the first embodiment. The optical coupler 20A includes seven input optical fibers 21 and one output optical fiber 22. One of the seven input optical fibers 21 is arranged in the center, and six are arranged on the outer peripheral side of one of the centers, and the seven input optical fibers 21 are arranged so as to be close-packed. Laser light having a wavelength in the infrared band is input from the light source device 10 to the input optical fiber 21 located at the center of the seven input optical fibers 21. Regarding the other six input optical fibers 21 other than the center, one in which the laser light having a wavelength in the green band is input from the light source device 10 and the other in which the laser light having a wavelength in the blue band is input from the light source device 10. be.

図２は、７本の入力光ファイバ２１において中心となる入力光ファイバ２１の光軸を通る平面での切断面を示しているため、３本の入力光ファイバ２１が図示されている。なお、図２では、中心となる入力光ファイバ２１から出力光ファイバ２２へ向かう方向を光進行方向と規定する。 Since FIG. 2 shows a cut surface in a plane passing through the optical axis of the input optical fiber 21 which is the center of the seven input optical fibers 21, three input optical fibers 21 are shown. In FIG. 2, the direction from the central input optical fiber 21 toward the output optical fiber 22 is defined as the optical traveling direction.

入力光ファイバ２１は、コア部２１ａと、コア部２１ａの外周に形成されたクラッド層２１ｂと、クラッド層２１ｂの外周に形成された樹脂被覆層２１ｃとを有する。樹脂被覆層２１ｃは、光ファイバの被覆に利用可能な樹脂からなる。入力光ファイバ２１は、たとえばマルチモード光ファイバであるが、シングルモード光ファイバでもよい。入力光ファイバ２１はそれぞれ所定のＮＡ（Numerical Aperture：開口数）のマルチモード光ファイバであるとする。 The input optical fiber 21 has a core portion 21a, a clad layer 21b formed on the outer periphery of the core portion 21a, and a resin coating layer 21c formed on the outer periphery of the clad layer 21b. The resin coating layer 21c is made of a resin that can be used for coating an optical fiber. The input optical fiber 21 is, for example, a multimode optical fiber, but may be a single mode optical fiber. It is assumed that each of the input optical fibers 21 is a multimode optical fiber having a predetermined NA (Numerical Aperture).

７本の入力光ファイバ２１は、先端側が束ねられて束部２１Ａと束部２１Ｂを構成している。樹脂被覆層２１ｃは、束部２１Ａの途中から束部２１Ｂにわたって除去されている。束部２１Ｂは、７本の入力光ファイバ２１のそれぞれが光進行方向に向かって断面積が縮小するようにテーパ状になっているテーパ部である。このようなテーパ部の光進行方向における長さは、たとえば１ｍｍ〜３０ｍｍであるが、特に限定はされない。テーパ部の長さは、伝搬する光の放射角の急激な増大を抑制できる程度の長さとすることが好ましい。束ねられた入力光ファイバ２１の先端部である束部２１Ｂは、光進行方向の下流側に先端面２１Ｂａを有する。 The tip side of the seven input optical fibers 21 is bundled to form a bundle portion 21A and a bundle portion 21B. The resin coating layer 21c is removed from the middle of the bundle portion 21A over the bundle portion 21B. The bundle portion 21B is a tapered portion in which each of the seven input optical fibers 21 is tapered so that the cross-sectional area decreases in the light traveling direction. The length of such a tapered portion in the light traveling direction is, for example, 1 mm to 30 mm, but is not particularly limited. The length of the tapered portion is preferably long enough to suppress a rapid increase in the radiation angle of the propagating light. The bundled portion 21B, which is the tip end portion of the bundled input optical fiber 21, has a tip surface 21Ba on the downstream side in the optical traveling direction.

出力光ファイバ２２は、ＮＡが入力光ファイバ２１のＮＡよりも大きいマルチモード光ファイバである。出力光ファイバ２２は、コア部２２ａと、コア部２２ａの外周に形成されたクラッド層２２ｂと、クラッド層２２ｂの外周に形成された樹脂被覆層２２ｃとを有する。樹脂被覆層２２ｃは、光ファイバの被覆に利用可能な樹脂からなる。また、樹脂被覆層２２ｃは、例えばシリコーン樹脂でもよい。樹脂被覆層２２ｃがシリコーン樹脂であれば、仮に緑色帯域以下の波長のレーザ光が漏えいして樹脂被覆層２２ｃに到達したとしても、発熱し難い。コア部２２ａは、光進行方向の上流側に先端面２２ａａを有する。出力光ファイバ２２の先端面２２ａａ側は、所定の長さにわたって樹脂被覆層２２ｃが除去されている。出力光ファイバ２２の先端面２２ａａと束部２１Ｂの先端面２１Ｂａは、融着接続されている。入力光ファイバ２１に入力された赤外帯域の波長のレーザ光、緑色帯域の波長のレーザ光及び青色帯域の波長のレーザ光は、束部２１Ｂの先端面２１Ｂａから出力光ファイバ２２の先端面２２ａａに入力される。 The output optical fiber 22 is a multimode optical fiber having an NA larger than that of the input optical fiber 21. The output optical fiber 22 has a core portion 22a, a clad layer 22b formed on the outer periphery of the core portion 22a, and a resin coating layer 22c formed on the outer periphery of the clad layer 22b. The resin coating layer 22c is made of a resin that can be used for coating an optical fiber. Further, the resin coating layer 22c may be, for example, a silicone resin. If the resin coating layer 22c is a silicone resin, even if laser light having a wavelength below the green band leaks and reaches the resin coating layer 22c, it is unlikely to generate heat. The core portion 22a has a tip surface 22aa on the upstream side in the light traveling direction. On the front end surface 22aa side of the output optical fiber 22, the resin coating layer 22c is removed over a predetermined length. The tip surface 22aa of the output optical fiber 22 and the tip surface 21Ba of the bundle portion 21B are fused and connected. The laser light of the wavelength of the infrared band, the laser light of the wavelength of the green band, and the laser light of the wavelength of the blue band input to the input optical fiber 21 are transferred from the tip surface 21Ba of the bundle portion 21B to the tip surface 22aa of the output optical fiber 22. Is entered in.

コア部２２ａは、塩素が添加されたシリカガラスで形成されている。コア部２２ａに添加される塩素は、１０，０００ｐｐｍ以上であることが好ましい。なお、コア部２２ａに添加される塩素は、１０，０００ｐｐｍ以上に限定されるものではなく、１０，０００ｐｐｍ未満であってもよい。クラッド層２２ｂは、フッ素が添加されたシリカガラスで形成されている。クラッド層２２ｂの屈折率は、コア部２２ａの最大屈折率より低い屈折率となっている。 The core portion 22a is made of silica glass to which chlorine has been added. The amount of chlorine added to the core portion 22a is preferably 10,000 ppm or more. The chlorine added to the core portion 22a is not limited to 10,000 ppm or more, and may be less than 10,000 ppm. The clad layer 22b is made of silica glass to which fluorine has been added. The refractive index of the clad layer 22b is lower than the maximum refractive index of the core portion 22a.

図３は、出力光ファイバ２２の屈折率プロファイルを示す図である。図３の横軸はコア部２２ａの中心軸を零とした場合の光ファイバの径方向位置を示しており、図３の縦軸は純シリカガラスの屈折率に対する比屈折率差Δを示している。図３において、０〜５５μｍの径方向位置と、０〜−５５μｍまでの径方向位置は、コア部２２ａであり、コア部２２ａより径方向外側で±６２．５μｍまでの径方向位置は、クラッド層２２ｂであり、クラッド層２２ｂより径方向外側の径方向位置は、樹脂被覆層２２ｃである。 FIG. 3 is a diagram showing a refractive index profile of the output optical fiber 22. The horizontal axis of FIG. 3 shows the radial position of the optical fiber when the central axis of the core portion 22a is zero, and the vertical axis of FIG. 3 shows the relative refractive index difference Δ with respect to the refractive index of pure silica glass. There is. In FIG. 3, the radial position from 0 to 55 μm and the radial position from 0 to −55 μm are the core portion 22a, and the radial position from the core portion 22a to ± 62.5 μm radially outside is the clad. The layer 22b and the radial position on the outer side of the clad layer 22b is the resin coating layer 22c.

比較のため、塩素が添加されていない純シリカガラスで形成されたコアを有する光ファイバの屈折率プロファイルを図４に示す。図４の横軸はコアの中心軸を零とした場合の光ファイバの径方向位置を示しており、図４の縦軸は純シリカガラスの屈折率に対する比屈折率差Δを示している。図４において、０〜５５μｍの径方向位置と、０〜−５５μｍまでの径方向位置は、コアであり、コアより径方向外側で±６２．５μｍまでの径方向位置は、クラッド層であり、クラッド層より径方向外側の径方向位置は、樹脂被覆層である。 For comparison, the refractive index profile of an optical fiber having a core made of pure silica glass without added chlorine is shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 4 shows the radial position of the optical fiber when the central axis of the core is zero, and the vertical axis of FIG. 4 shows the specific refractive index difference Δ with respect to the refractive index of pure silica glass. In FIG. 4, the radial position from 0 to 55 μm and the radial position from 0 to −55 μm are cores, and the radial position from ± 62.5 μm radially outside the core is a clad layer. The radial position on the outer side of the clad layer is the resin coating layer.

図４に示すように、コアについては、純シリカガラスで形成されている場合、比屈折率差Δは０％である。クラッド層については、所定のＮＡを得るために、フッ素を添加して屈折率をコアに対して相対的に低くしている。一方、図３に示すように、出力光ファイバ２２のコア部２２ａは、塩素が添加されていることにより、純シリカガラスの屈折率に対する比屈折率差Δが０．１％となり、塩素を添加しない純シリカガラスの場合と比較して屈折率が大きくなっている。また、出力光ファイバ２２のクラッド層２２ｂは、図４のプロファイルの光ファイバと比較して、添加するフッ素の量を減らして比屈折率が大きくなっている、しかしながら、コア部２２ａの屈折率が大きくなっているため、添加するフッ素の量を減らしても、所定の開口数を得ることができる。 As shown in FIG. 4, when the core is made of pure silica glass, the specific refractive index difference Δ is 0%. For the clad layer, in order to obtain a predetermined NA, fluorine is added to lower the refractive index relative to the core. On the other hand, as shown in FIG. 3, the core portion 22a of the output optical fiber 22 has a specific refractive index difference Δ of 0.1% with respect to the refractive index of pure silica glass due to the addition of chlorine, and chlorine is added. The refractive index is larger than that of pure silica glass. Further, the clad layer 22b of the output optical fiber 22 has a larger specific refractive index by reducing the amount of fluorine added as compared with the optical fiber of the profile of FIG. 4, however, the refractive index of the core portion 22a is higher. Since it is large, a predetermined numerical aperture can be obtained even if the amount of fluorine added is reduced.

次に図５は、出力光ファイバ２２の伝搬損失の特性を示す図である。図５において実線で示した特性Ｐ１は、出力光ファイバ２２の特性であり、破線で示した特性Ｐ２は、塩素が添加されていない純シリカガラスで形成されたコアを有する光ファイバの特性である。 Next, FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of the propagation loss of the output optical fiber 22. The characteristic P1 shown by the solid line in FIG. 5 is the characteristic of the output optical fiber 22, and the characteristic P2 shown by the broken line is the characteristic of the optical fiber having a core formed of pure silica glass to which chlorine is not added. ..

シリカガラスで形成された光ファイバにおいては、コアの密度やコアの組成のゆらぎによってレイリー散乱が生じる。レイリー散乱における散乱光の強度は、光の波長の４乗に逆比例するため、波長が短くなるほど伝搬損失が大きくなる。このため、緑色帯域以下の波長のレーザ光については、赤外帯域の波長のレーザ光より伝搬損失が大きく、青色帯域以下の波長のレーザ光については、緑色帯域のレーザ光より伝搬損失が大きくなる。 In an optical fiber made of silica glass, Rayleigh scattering occurs due to fluctuations in core density and core composition. Since the intensity of scattered light in Rayleigh scattering is inversely proportional to the fourth power of the wavelength of light, the shorter the wavelength, the larger the propagation loss. Therefore, the propagation loss of the laser light having a wavelength below the green band is larger than that of the laser light having a wavelength in the infrared band, and the propagation loss is larger than that of the laser light having a wavelength below the blue band. ..

塩素が添加されていないコアを備える特性Ｐ２の光ファイバの場合、例えば、青色帯域で波長が４７５ｎｍのレーザ光については、伝搬損失が０．０５ｄＢ／ｍとなっている。この場合、この波長のレーザ光は、１ｍあたり約１％の損失となり、例えば、光ファイバの長さが４０ｍであると、光ファイバから出力されるときには約４０％が損失となる。即ち、この波長のレーザ光が１００Ｗのパワーで光ファイバに入力されても、出力されるときには６０Ｗのパワーとなり、大きな損失となってしまう。 In the case of an optical fiber having characteristic P2 having a core to which chlorine is not added, for example, for laser light having a wavelength of 475 nm in the blue band, the propagation loss is 0.05 dB / m. In this case, the laser light of this wavelength has a loss of about 1% per 1 m. For example, if the length of the optical fiber is 40 m, the loss is about 40% when the laser light is output from the optical fiber. That is, even if the laser light of this wavelength is input to the optical fiber with a power of 100 W, the power becomes 60 W when it is output, resulting in a large loss.

一方、塩素が添加されたコア部２１ａを備える出力光ファイバ２２の場合、伝送損失の特性は、図５に示す特性Ｐ１である。シリカガラスにおけるレイリー散乱は、シリカガラスの仮想温度が高いほど大きくなることが知られている。塩素が添加されたシリカガラスは、仮想温度が低下するため、塩素が添加されているコア部２２ａを有する出力光ファイバ２２は、特性Ｐ２の光ファイバと比較すると、レイリー散乱による損失が低減されている。 On the other hand, in the case of the output optical fiber 22 provided with the core portion 21a to which chlorine is added, the characteristic of transmission loss is the characteristic P1 shown in FIG. It is known that Rayleigh scattering in silica glass increases as the virtual temperature of silica glass increases. Since the virtual temperature of silica glass to which chlorine is added is lowered, the output optical fiber 22 having the core portion 22a to which chlorine is added has a reduced loss due to Rayleigh scattering as compared with the optical fiber having characteristic P2. There is.

例えば、青色帯域で波長が４７５ｎｍのレーザ光については、伝搬損失が０．０２２ｄＢ／ｍとなっている。この場合、この波長のレーザ光は、１ｍあたり約０．５％の損失となり、例えば、出力光ファイバ２２の長さが４０ｍであると、加工ヘッド３０に到達するまでに約２０％が損失となる。即ち、この波長のレーザ光が１００Ｗのパワーで出力光ファイバ２２に入力された場合、加工ヘッド３０に到達したときには８０Ｗのパワーとなり、塩素が添加されていないコアを備える特性Ｐ２の光ファイバと比較して、青色帯域の波長のレーザ光の損失を例えば１／２以下に抑えることができる。 For example, for a laser beam having a wavelength of 475 nm in the blue band, the propagation loss is 0.022 dB / m. In this case, the laser beam of this wavelength has a loss of about 0.5% per 1 m. For example, if the length of the output optical fiber 22 is 40 m, about 20% is lost before reaching the processing head 30. Become. That is, when the laser light of this wavelength is input to the output optical fiber 22 with a power of 100 W, the power becomes 80 W when it reaches the processing head 30, which is compared with the optical fiber having the characteristic P2 having a core to which chlorine is not added. Therefore, the loss of the laser beam having a wavelength in the blue band can be suppressed to, for example, 1/2 or less.

また、図５の特性Ｐ１によれば、出力光ファイバ２２は、塩素が添加されていないコアを備える特性Ｐ２の光ファイバと比較して、緑色帯域の波長のレーザ光や赤外帯域の波長のレーザ光についても、伝搬損失が低くなっている。図５の特性Ｐ１によれば、例えば、赤外帯域で８８０ｎｍの波長のレーザ光については、伝搬損失が０．０１ｄＢ／ｍ以下となっており、ヒドロキシ基が高濃度で添加された光ファイバと比較すると、赤外帯域の波長のレーザ光の伝搬損失が低くなっている。このため、出力光ファイバ２２は、光源装置１０から入力光ファイバ２１を介して入力される緑色帯域の波長のレーザ光及び赤外帯域の波長のレーザ光についても、損失を抑えて伝送することができる。 Further, according to the characteristic P1 of FIG. 5, the output optical fiber 22 has a laser light having a wavelength in the green band and a wavelength in the infrared band as compared with the optical fiber having the characteristic P2 having a core to which chlorine is not added. The propagation loss of the laser beam is also low. According to the characteristic P1 of FIG. 5, for example, for a laser beam having a wavelength of 880 nm in the infrared band, the propagation loss is 0.01 dB / m or less, and the optical fiber to which a hydroxy group is added at a high concentration is used. By comparison, the propagation loss of laser light having a wavelength in the infrared band is low. Therefore, the output optical fiber 22 can transmit the laser light having a wavelength in the green band and the laser light having a wavelength in the infrared band input from the light source device 10 via the input optical fiber 21 with less loss. can.

なお、上述した実施形態においては、コア部２２ａは、少なくとも塩素が添加されたシリカガラスで形成されているが、少なくともアルカリ金属の一例であるカリウム又はナトリウムが添加されたシリカガラスで形成されていてもよい。要するに、コア部２２ａは、純シリカガラスより仮想温度を低くし、伝搬損失を低くするものが添加された構成であればよい。また、コア部２２ａは、塩素とアルカリ金属の両方が添加されたシリカガラスで形成された構成であってもよい。なお、コア部２２ａは、レイリー散乱光を増大させるゲルマニウムを含まないことが好ましい。 In the above-described embodiment, the core portion 22a is formed of at least chlorine-added silica glass, but is formed of at least silica glass to which potassium or sodium, which is an example of an alkali metal, is added. May be good. In short, the core portion 22a may have a configuration in which a core portion 22a having a lower virtual temperature and a lower propagation loss than pure silica glass is added. Further, the core portion 22a may be formed of silica glass to which both chlorine and alkali metal are added. The core portion 22a preferably does not contain germanium that increases Rayleigh scattered light.

また、上述した実施形態においては、クラッド層２２ｂは、少なくともフッ素が添加されたシリカガラスで形成されているが、少なくともホウ素が添加されたシリカガラスで形成されていてもよい。ホウ素は、フッ素と同様にシリカガラスの屈折率を低下させる添加物である。また、クラッド層２２ｂは、フッ素とホウ素の両方が添加されたシリカガラスで形成された構成であってもよい。 Further, in the above-described embodiment, the clad layer 22b is formed of at least fluorine-added silica glass, but may be formed of at least boron-added silica glass. Boron, like fluorine, is an additive that lowers the refractive index of silica glass. Further, the clad layer 22b may be formed of silica glass to which both fluorine and boron are added.

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態と比較すると、光結合器２０Ａに替えて光結合器２０Ｂを備える構成であり、他の構成は第１実施形態と同じである。よって、以下の説明においては、第１実施形態と同じ構成については説明を省略し、第１実施形態との相違点について説明する。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Compared with the first embodiment, the second embodiment has a configuration in which the optical coupler 20B is provided instead of the optical coupler 20A, and the other configurations are the same as those of the first embodiment. Therefore, in the following description, the description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted, and the differences from the first embodiment will be described.

図６は、第２実施形態に係る光結合器２０Ｂの断面の模式図である。光結合器２０Ｂは、７本の入力光ファイバ２１と、１本の出力光ファイバ２２Ｂと、を備えている。図６は、７本の入力光ファイバ２１において中心となる入力光ファイバ２１の光軸を通る平面での切断面を示しているため、３本の入力光ファイバ２１が図示されている。なお、図６では、中心となる入力光ファイバ２１から出力光ファイバ２２Ｂへ向かう方向を光進行方向と規定する。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the optical coupler 20B according to the second embodiment. The optical coupler 20B includes seven input optical fibers 21 and one output optical fiber 22B. Since FIG. 6 shows a cut surface in a plane passing through the optical axis of the input optical fiber 21 which is the center of the seven input optical fibers 21, three input optical fibers 21 are shown. In FIG. 6, the direction from the central input optical fiber 21 toward the output optical fiber 22B is defined as the optical traveling direction.

７本の入力光ファイバ２１は、先端側が束ねられて束部２１Ｃと束部２１Ｄを構成している。束部２１Ｃは、７本の入力光ファイバ２１が束ねられている部分であり、樹脂被覆層２１ｃが除去されていない部分である。束部２１Ｄは、７本の入力光ファイバ２１が束ねられている部分において、樹脂被覆層２１ｃが除去されている部分である。７本の入力光ファイバ２１において樹脂被覆層２１ｃが除去されていて束ねられている部分は、テーパ状になっていない点で第１実施形態と相違している。束ねられた入力光ファイバ２１の先端部である束部２１Ｄは、光進行方向の下流側に先端面２１Ｄａを有する。 The tip side of the seven input optical fibers 21 is bundled to form a bundle portion 21C and a bundle portion 21D. The bundled portion 21C is a portion in which seven input optical fibers 21 are bundled, and a portion in which the resin coating layer 21c is not removed. The bundle portion 21D is a portion where the resin coating layer 21c is removed in a portion where the seven input optical fibers 21 are bundled. The portion of the seven input optical fibers 21 from which the resin coating layer 21c has been removed and bundled is different from the first embodiment in that it is not tapered. The bundled portion 21D, which is the tip end portion of the bundled input optical fiber 21, has a tip surface 21Da on the downstream side in the optical traveling direction.

出力光ファイバ２２Ｂは、コア部２２Ｂａと、コア部２２Ｂａの外周に形成されたクラッド層２２Ｂｂと、クラッド層２２Ｂｂの外周に形成された樹脂被覆層２２Ｂｃとを有する。出力光ファイバ２２Ｂは、ＮＡが入力光ファイバ２１のＮＡよりも大きいマルチモード光ファイバである。樹脂被覆層２２Ｂｃは、光ファイバの被覆に利用可能な樹脂からなるが、例えばシリコーン樹脂からなるものでもよい。コア部２２Ｂａは、光進行方向の上流側に先端面２２Ｂａａを有する。出力光ファイバ２２の先端面２２Ｂａａ側は、所定の長さにわたって樹脂被覆層２２Ｂｃが除去されている。出力光ファイバ２２の先端面２２Ｂａａと束部２１Ｄの先端面２１Ｄａは、融着接続されている。 The output optical fiber 22B has a core portion 22Ba, a clad layer 22Bb formed on the outer periphery of the core portion 22Ba, and a resin coating layer 22Bc formed on the outer periphery of the clad layer 22Bb. The output optical fiber 22B is a multimode optical fiber having an NA larger than that of the input optical fiber 21. The resin coating layer 22Bc is made of a resin that can be used for coating an optical fiber, but may be made of, for example, a silicone resin. The core portion 22Ba has a tip surface 22Baa on the upstream side in the light traveling direction. On the front end surface 22Baa side of the output optical fiber 22, the resin coating layer 22Bc is removed over a predetermined length. The tip surface 22Baa of the output optical fiber 22 and the tip surface 21Da of the bundle portion 21D are fused and connected.

コア部２２Ｂａは、コア部２２ａと同じく、塩素が添加されたシリカガラスで形成されている。コア部２２Ｂａに添加される塩素は、１０，０００ｐｐｍ以上であることが好ましい。クラッド層２２Ｂｂは、クラッド層２２ｂと同じく、フッ素が添加されたシリカガラスで形成されている。クラッド層２２Ｂｂの屈折率は、コア部２２Ｂａの最大屈折率より低い屈折率となっている。 Like the core portion 22a, the core portion 22Ba is formed of silica glass to which chlorine has been added. The amount of chlorine added to the core portion 22Ba is preferably 10,000 ppm or more. Like the clad layer 22b, the clad layer 22Bb is made of silica glass to which fluorine has been added. The refractive index of the clad layer 22Bb is lower than the maximum refractive index of the core portion 22Ba.

入力光ファイバ２１に入力された赤外帯域の波長のレーザ光、緑色帯域の波長のレーザ光及び青色帯域の波長のレーザ光は、束部２１Ｄの先端面２１Ｄａから出力光ファイバ２２の先端面２２Ｂａａに入力される。 The laser light of the wavelength of the infrared band, the laser light of the wavelength of the green band, and the laser light of the wavelength of the blue band input to the input optical fiber 21 are transferred from the tip surface 21Da of the bundle portion 21D to the tip surface 22Baa of the output optical fiber 22. Is entered in.

本実施形態においても、出力光ファイバ２２Ｂのコア部２２Ｂａは、コア部２２ａと同じく、塩素が添加されたシリカガラスで形成されているため、レイリー散乱による損失が低減され、塩素が添加されていない純シリカガラスで形成されたコアを備える光ファイバと比較して、青色帯域の波長のレーザ光と、緑色帯域の波長のレーザ光の損失を抑えることができる。 Also in this embodiment, since the core portion 22Ba of the output optical fiber 22B is formed of silica glass to which chlorine is added as in the core portion 22a, the loss due to Rayleigh scattering is reduced and chlorine is not added. Compared with an optical fiber having a core made of pure silica glass, it is possible to suppress the loss of the laser light having a wavelength in the blue band and the laser light having a wavelength in the green band.

なお、上述した実施形態においては、コア部２２Ｂａは、塩素が添加されたシリカガラスで形成されているが、アルカリ金属の一例であるカリウム又はナトリウムが添加されたシリカガラスで形成されていてもよい。要するに、コア部２２Ｂａは、純シリカガラスより仮想温度を低くし、伝搬損失を低くするものが添加された構成であればよい。また、コア部２２Ｂａは、塩素とアルカリ金属の両方が添加されたシリカガラスで形成された構成であってもよい。 In the above-described embodiment, the core portion 22Ba is formed of silica glass to which chlorine is added, but may be formed of silica glass to which potassium or sodium, which is an example of an alkali metal, is added. .. In short, the core portion 22Ba may have a configuration in which a material having a lower virtual temperature and a lower propagation loss than pure silica glass is added. Further, the core portion 22Ba may be formed of silica glass to which both chlorine and alkali metal are added.

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。なお、上述した実施形態及び以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。上述した各実施形態及び各変形例の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態や変形例に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。 [Modification example]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various other embodiments. For example, the present invention may be carried out by modifying the above-described embodiment as follows. The above-described embodiment and the following modifications may be combined with each other. The present invention also includes a configuration in which the components of each of the above-described embodiments and modifications are appropriately combined. Further, further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made.

本発明においては、入力光ファイバ２１について、少なくとも塩素が添加されたシリカガラス、又は少なくともアルカリ金属が添加されたシリカガラスでコア部２１ａを形成し、少なくともフッ素又はホウ素が添加されたシリカガラスでクラッド層２１ｂを形成してもよい。また、コア部２１ａは、塩素とアルカリ金属の両方が添加されたシリカガラスで形成された構成であってもよい。また、クラッド層２１ｂは、フッ素とホウ素の両方が添加されたシリカガラスで形成された構成であってもよい。また、光源装置１０から緑色帯域以下の波長の光が入力される入力光ファイバ２１は、樹脂被覆層２１ｃがシリコーン樹脂で形成されていてもよい。 In the present invention, the core portion 21a of the input optical fiber 21 is formed of silica glass to which at least chlorine is added or silica glass to which at least alkali metal is added, and is clad with silica glass to which at least fluorine or boron is added. Layer 21b may be formed. Further, the core portion 21a may be formed of silica glass to which both chlorine and alkali metal are added. Further, the clad layer 21b may be formed of silica glass to which both fluorine and boron are added. Further, in the input optical fiber 21 in which light having a wavelength lower than the green band is input from the light source device 10, the resin coating layer 21c may be formed of a silicone resin.

上述した実施形態においては、コア部２１ａとクラッド層２１ｂとを有する７本の入力光ファイバ２１が最密充填となるように配列されているが、入力光ファイバ２１の配列は、上述した実施形態の配列に限定されるものではない。例えば、３本の入力光ファイバ２１を三角形状に配列してもよく、４本の入力光ファイバ２１を正方形状に配列してもよい。また、１本の入力光ファイバ２１を中心に配置し、中心の入力光ファイバ２１の外周に６本の入力光ファイバ２１を円環状に配置し、この６本の入力光ファイバ２１の束の外周に１２本の入力光ファイバ２１を円環状に配置してもよい。 In the above-described embodiment, the seven input optical fibers 21 having the core portion 21a and the clad layer 21b are arranged so as to be close-packed, but the arrangement of the input optical fibers 21 is the above-described embodiment. It is not limited to the arrangement of. For example, the three input optical fibers 21 may be arranged in a triangular shape, or the four input optical fibers 21 may be arranged in a square shape. Further, one input optical fiber 21 is arranged in the center, six input optical fibers 21 are arranged in an annular shape on the outer circumference of the central input optical fiber 21, and the outer circumference of the bundle of the six input optical fibers 21 is arranged in an annular shape. Twelve input optical fibers 21 may be arranged in an annular shape.

入力光ファイバ２１は、最密充填に近く、かつ外周が円形になるように配置されていることが好ましい。入力光ファイバ２１の数は特に限定されないが、３本、７本、１９本のいずれかであれば、束状にした際の入力光ファイバ２１の位置安定性が高いのでより好ましい。 It is preferable that the input optical fiber 21 is arranged so as to be close to close-packed and have a circular outer circumference. The number of input optical fibers 21 is not particularly limited, but any of 3, 7, and 19 is more preferable because the position stability of the input optical fibers 21 when bundled is high.

上述した実施形態においては、光源装置１０が出力する光の波長は、赤外帯域、緑色帯域、青色帯域のいずれかであるが、光源装置１０が出力する光の波長は、これらの帯域に限定されるものではない。複数の光源装置１０においては、これらの帯域以外の帯域の波長のレーザ光を出力する光源装置１０があってもよい。 In the above-described embodiment, the wavelength of the light output by the light source device 10 is any of the infrared band, the green band, and the blue band, but the wavelength of the light output by the light source device 10 is limited to these bands. It is not something that is done. In the plurality of light source devices 10, there may be a light source device 10 that outputs laser light having a wavelength in a band other than these bands.

１０光源装置
２０Ａ、２０Ｂ光結合器
２１入力光ファイバ
２１ａコア部
２１ｂクラッド層
２１ｃ樹脂被覆層
２１Ｂａ先端面
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ束部
２１Ｄａ先端面
２２出力光ファイバ
２２ａコア部
２２ａａ先端面
２２ｂクラッド層
２２ｃ樹脂被覆層
２２Ｂａａ先端面
３０加工ヘッド
１００光出力装置 10 Light source device 20A, 20B Optical coupler 21 Input optical fiber 21a Core part 21b Clad layer 21c Resin coating layer 21Ba Tip surface 21A, 21B, 21C, 21D Bundle part 21Da Tip surface 22 Output optical fiber 22a Core part 22aa Tip surface 22b Clad Layer 22c Resin coating layer 22Baa Tip surface 30 Machining head 100 Optical output device

Claims

With multiple input optical fibers
An output optical fiber in which light is input from the plurality of input optical fibers, and an output optical fiber.
With
The tip of each of the plurality of input optical fibers is connected to the output optical fiber.
The output optical fiber includes a core portion made of silica glass to which at least chlorine or an alkali metal is added, and a clad layer formed on the outer periphery of the core portion and having a refractive index lower than the maximum refractive index of the core portion. ,
An optical coupler equipped with.

The input optical fiber that inputs light having a wavelength equal to or lower than the green band to the output optical fiber is formed in a core portion made of silica glass to which at least chlorine or alkali metal is added and an outer periphery of the core portion, and is refracted. The optical coupler according to claim 1, further comprising a clad layer having a rate lower than the maximum refractive index of the core portion.

Each of the plurality of input optical fibers is formed in a core portion made of silica glass to which at least chlorine or an alkali metal is added and an outer periphery of the core portion, and the refractive index is higher than the maximum refractive index of the core portion. The optical coupler according to claim 1, further comprising a clad layer having a low refractive index.

The photocoupler according to any one of claims 1 to 3, wherein at least fluorine or boron is added to the clad layer.

The photocoupler according to any one of claims 1 to 4, wherein the alkali metal is potassium or sodium.

The optical coupler according to any one of claims 1 to 5, wherein the output optical fiber has a coating layer made of silicone formed on the outer periphery of the clad layer.

The optical coupler according to claim 2, wherein the input optical fiber for inputting light having a wavelength equal to or lower than the green band into the output optical fiber has a coating layer made of silicone formed on the outer periphery of the clad layer.

The optical coupler according to any one of claims 1 to 7, wherein the output optical fiber has a propagation loss of light having a wavelength of 880 nm of 0.01 dB / m or less.

With multiple light source devices
The optical coupler according to any one of claims 1 to 8.
With
Any one of the plurality of input optical fibers is connected to each of the plurality of light source devices.
At least one of the plurality of light source devices is an optical output device that outputs light having a wavelength equal to or lower than the green band to the connected input optical fiber.

The optical output device according to claim 9, wherein at least one of the plurality of light source devices outputs light having a wavelength in the infrared band to the connected input optical fiber.