JP6902568B2 - レーザ装置およびレーザ装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ装置およびレーザ装置の製造方法に関する。

レーザ装置の主要な特性として、拡がり角が挙げられる。拡がり角を評価するパラメータとしては、ＢＰＰ（Beam Parameter Product）が一般的である。特許文献１には、ＧＲＩＮレンズを用いてＢＰＰの値を調整する光デバイスを備えたレーザ装置が開示されている。

特開２０１７−１９４５２５号公報

特許文献１の光デバイスでは、ＧＲＩＮレンズを用意した上で、当該光デバイスを通過する光の損失を小さくするために、２つの光ファイバとＧＲＩＮレンズとを比較的高精度に位置決めする必要があり、よりシンプルな構成で拡がり角を調整することが可能なレーザ装置が求められていた。

本発明はこのような事情を考慮してなされ、シンプルな構成で拡がり角を調整することが可能な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、本発明の第１の態様に係るレーザ装置は、レーザ光を出力するレーザユニットと、前記レーザ光を出射する出射端と、前記レーザ光が伝搬するコア及び前記コアを囲うクラッドを有する２本のマルチモードファイバ同士が融着接続されてなる第１融着接続部および第２融着接続部と、を備え、前記レーザユニット側を上流側、前記出射端側を下流側とするとき、前記第１融着接続部は、前記第２融着接続部よりも上流側に位置し、前記第１融着接続部における前記コアの少なくとも一部には、前記第１融着接続部における前記クラッドに含有された屈折率を低下させるドーパントと同種のドーパントが含有され、前記第１融着接続部における前記コアと前記第２融着接続部における前記コアとで屈折率プロファイルが異なっている。

上記第１の態様によれば、第１融着接続部のコアの少なくとも一部に、屈折率を低下させるドーパントが含有されており、当該ドーパントにより、コア内における屈折率プロファイルが変化している。より詳しくは、コア内に屈折率が低下した領域が設けられているため、当該領域を通過する光の反射角が変化する。このため第１融着接続部を通過する光全体での拡がり角が変化する。拡がり角の変化量は、第１融着接続部のコアの屈折率プロファイルに依存するため、当該屈折率プロファイルを調整することにより、出射端から出射されるレーザ光の拡がり角を所望の範囲に調整することができる。さらに、複数のレーザ装置間の拡がり角のばらつきを抑えて、品質を安定させることもできる。
この構成は、例えば光ファイバとレンズとを接続して拡がり角を調整する場合と比較してシンプルであり、光ファイバとレンズとの接続部における損失の発生を避けることができる。

ここで、上記態様のレーザ装置は、クラッドモード光を除去するクラッド光除去部をさらに備え、前記第１融着接続部は前記クラッド光除去部よりも上流側に位置していてもよい。

この場合、第１融着接続部のコアに屈折率を低下させるドーパントが含有されていることに起因してクラッドモード光が生じたとしても、当該クラッドモード光をクラッド光除去部によって除去することができる。したがって、クラッドモード光によって引き起こされるレーザ装置内の意図しない箇所における発熱などを抑制することができる。

また、前記第１融着接続部の前記クラッドに含有されている前記ドーパントはフッ素であってもよい。

この場合、拡散速度の速いフッ素を、屈折率を低下させるドーパントとして用いることで、クラッドからコアへと当該ドーパントを移動させる際の効率を高めることができる。

また、前記第１融着接続部における前記コアのうち、前記ドーパントが含有されている領域の径方向における寸法は、前記コアの半径の１０％以上であってもよい。

この場合、コア内を伝搬する光のうち、屈折率を低下させるドーパントを含有された領域を通過する割合がある程度確保される。したがって、拡がり角をより確実に調整することができる。なお、上記「１０％以上」との値は、通常の融着接続によってもたらされるものではなく、例えば融着接続を行った後で追加で加熱を行うことで得られる値である。

また、前記第１融着接続部における前記クラッドのうち前記ドーパントを含有する部分の厚みをｔとし、前記第１融着接続部における前記コアの半径をｒとしたとき、ｔ≧０．２×ｒであってもよい。

この場合、クラッドに含まれるドーパントの総量を確保し、コアにドーパントが移動した後におけるクラッドの屈折率上昇を抑制することができる。なお、「クラッドのうちドーパントを含有する部分」とは、当該部分とコア中心部との屈折率差が０．０５％以上となる部分である。

また、前記第１融着接続部における前記コアの直径が５０μｍ以上であってもよい。

コアの直径が小さすぎると、屈折率を低下させるドーパントを含有する領域を通過することで変化した拡がり角が、前記領域が設けられた部分を通過した後で、変化前の大きさに戻ってしまうことが考えらえる。そこで、コアの直径を５０μｍ以上とすることで、拡がり角が元に戻ってしまうことを抑制し、前記領域による拡がり角の調整効果をより確実に奏功させることができる。

また、上記態様のレーザ装置は、複数の前記レーザユニットと、複数の前記レーザユニットからのレーザ光を１本のファイバに結合させるコンバイナと、をさらに備え、前記第１融着接続部は前記コンバイナと前記クラッド光除去部との間に位置していてもよい。

レーザ装置においては、レーザユニットを交換する場合がある。このとき、レーザユニットとコンバイナとの間で融着接続が行われる場合があり、当該融着接続する部分に上記した第１融着接続部が位置していると、第１融着接続部のコアの屈折率プロファイルが変動する可能性がある。つまり、レーザユニットの交換の前後で、レーザ装置の出射端から出射されるレーザ光の拡がり角が変動してしまう可能性がある。そこで、部品交換の頻度が比較的少ない、コンバイナとクラッド光除去部との間の部分に第１融着接続部を配置することで、部品交換によって拡がり角が変動する可能性を低減することができる。

また、前記第２融着接続部は、前記クラッド光除去部と前記出射端との間に位置していてもよい。

上記の通り、第１態様のレーザ装置においては、主として第１融着接続部で拡がり角を変化させるため、第２融着接続部では拡がり角を変化させないか、拡がり角を変化させたとしてもその変化量は第１融着接続部における変化量よりも小さくすることができる。このような第２融着接続部を、クラッド光除去部と出射端との間に配置することで、出射端の部品交換に伴って第２融着接続部で融着接続しなおしたとき、出射端から出射されるレーザ光の拡がり角の部品交換前後での変動を抑制することができる。

また、前記第２融着接続部における前記コアの少なくとも一部には、前記第２融着接続部における前記クラッドに含有された屈折率を低下させるドーパントと同種のドーパントが含有されていてもよい。

この場合、第１融着接続部だけでなく、第２融着接続部においても拡がり角を変化させることができ、レーザ装置全体での拡がり角の調整しろを大きくすることができる。また、第１融着接続部のみで拡がり角を変化させる場合と比較して、第１融着接続部での拡がり角の変化量を小さくすることができる。これにより、第１融着接続部において屈折率を低下させるドーパントをコアに拡散させるためにクラッドに加える熱量を小さくすることができる。したがって、第１融着接続部のクラッドを加熱することに起因する、第１融着接続部での透過率低下や機械的強度低下などを抑制することができる。

また、本発明の第２の態様に係るレーザ装置の製造方法は、前記出射端から前記レーザ光を出射させ、出射された前記レーザ光の拡がり角を測定し、当該拡がり角が所定の値となるように、前記第１融着接続部の前記コアの屈折率プロファイルを変化させる調整工程を有する。

上記第２の態様によれば、拡がり角のレーザ装置ごとのばらつきを抑えることができる。

また、２本の前記マルチモードファイバ同士を融着接続させることができる融着接続器を用いて前記調整工程を行ってもよい。

この場合、レーザ装置を製造する際に通常行われる融着接続の際に、拡がり角を調整することができる。このように、従来の製造工程に対して大きな変更を加えることなく拡がり角を調整することで、拡がり角を調整することによる製造コストの増大を抑えることができる。

本発明の上記態様によれば、シンプルな構成で拡がり角を調整することが可能なレーザ装置を提供することができる。

本実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る光デバイスの断面図である。 融着接続器の一例を示す図である。 サンプル１の屈折率プロファイルを示すグラフである。 サンプル１の長手方向に対する屈折率分布を示すグラフである。 サンプル２の屈折率プロファイルを示すグラフである。 サンプル２の長手方向に対する屈折率分布を示すグラフである。 サンプル３の屈折率プロファイルを示すグラフである。 サンプル３の長手方向に対する屈折率分布を示すグラフである。

以下、本実施形態のレーザ装置について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、レーザ装置１は、複数のレーザユニット２と、コンバイナ３と、クラッド光除去部４と、出射端５と、を備えている。本明細書では、レーザユニット２側を上流側、出射端５側を下流側という。

各レーザユニット２は、レーザ光を各ファイバ２ａに出力する。レーザユニット２としては、例えばファイバレーザや半導体レーザを用いることができる。レーザユニット２は、励起光を出射する励起光源と、励起光によってレーザ光を生成する共振器と、を備えていてもよい。また、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）方式のレーザユニット２を採用しても良い。

各ファイバ２ａはコンバイナ３に接続されている。コンバイナ３は、各レーザユニット２から出力されたレーザ光を、１つのファイバ３ａに結合させる。なお、レーザユニット２の数は１つであってもよく、その場合、コンバイナ３は設けられていなくてもよいし、設けられていてもよい。

クラッド光除去部４は、クラッド内を伝搬する余分なクラッド光を除去する。クラッド光除去部４の構成は適宜選択可能である。例えば、ファイバ４ａ、４ｂ同士の融着接続部において、クラッドの外周に、クラッドよりも屈折率の高い透明な樹脂（高屈折率樹脂）を設けてもよい。この場合、クラッドと高屈折率樹脂との界面において、クラッド光がより屈折率の高い高屈折率樹脂側に進入しやすくなる。したがって、クラッド光をクラッドから除去することができる。

クラッド光除去部４には、入力側ファイバ４ａおよび出力側ファイバ４ｂが接続されている。入力側ファイバ４ａは、第１融着接続部Ｐ１において、コンバイナ３のファイバ３ａに融着接続されている。
出射端５は、レーザ光が出射される部分である。出射端５にはデリバリファイバ５ａが接続されている。デリバリファイバ５ａは、第２融着接続部Ｐ２において、出力側ファイバ４ｂに融着接続されている。

コンバイナ３のファイバ３ａ、クラッド光除去部４のファイバ４ａ、４ｂ、およびデリバリファイバ５ａは、光をマルチモードで伝搬可能なマルチモードファイバである。
このように、本実施形態のレーザ装置は、２本のマルチモードファイバ同士が融着接続されてなる第１融着接続部Ｐ１および第２融着接続部Ｐ２を備えている。第１融着接続部Ｐ１は、コンバイナ３とクラッド光除去部４との間に位置している。第２融着接続部Ｐ２は、クラッド光除去部４と出射端５との間に位置している。

以下の説明では、融着接続部Ｐ１、Ｐ２において融着接続される２本のマルチモードファイバを、第１ファイバＦ１および第２ファイバＦ２として説明する。第１融着接続部Ｐ１については、第１ファイバＦ１がコンバイナ３のファイバ３ａに相当し、第２ファイバＦ２がクラッド光除去部４の入力側ファイバ４ａに相当する。第２融着接続部Ｐ２については、第１ファイバＦ１がクラッド光除去部４の出力側ファイバ４ｂに相当し、第２ファイバＦ２がデリバリファイバ５ａに相当する。

ここで、本実施形態の第１融着接続部Ｐ１は、光の拡がり角を変化させる光デバイス１０を構成している。以下、図２を用いてより詳しく説明する。
図２は、光デバイス１０の断面を示している。光デバイス１０は、コア１１と、クラッド１２と、被覆１３と、を備えている。第１融着接続部Ｐ１を構成するファイバＦ１、Ｆ２は互いに同種であってもよい。また、第２融着接続部Ｐ２を構成するファイバＦ１、Ｆ２は互いに同種であってもよい。なお、本明細書において２本のファイバが「同種」であるとは、コア１１の外径、クラッド１２の外径、およびクラッド１２に含有されているドーパントの種類が同じであることをいう。

コア１１は石英ガラスにより形成されている。コア１１の直径は、例えば５０μｍ以上であり、光をマルチモードで伝搬可能となっている。クラッド１２は、石英ガラスにより形成され、コア１１を囲っている。クラッド１２は、内側部１２ａと、前記内側部１２ａの外側の外側部１２ｂと、を有している。内側部１２ａには、石英ガラスの屈折率を低下させるドーパントが添加されている。このようなドーパントとしては、Ｆ（フッ素）、Ｂ（ホウ素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）などを採用することができる。ドーパントの添加により、少なくともコア１１との界面において、クラッド１２の屈折率はコア１１よりも低くなっている。これにより、光をコア１１内に閉じ込めることができる。

外側部１２ｂには、石英ガラスの屈折率を低下させるドーパントが添加されていない。このように、クラッド１２が、屈折率を低下させるドーパントを含有する内側部１２ａと、当該ドーパントを含有しない外側部１２ｂと、を有することで、クラッド１２に添加されるドーパントの総量を少なくして、コストダウンを図ることができる。なお、クラッド１２の全体に、屈折率を低下させるドーパントが添加されていてもよい。また、必要に応じて、コア１１またはクラッド１２に、屈折率を下げる目的以外のドーパント（例えば粘度調整のため等）を添加してもよい。

被覆１３は、クラッド１２を覆っている。被覆１３としては、樹脂などを用いることができる。例えば、ウレタンアクリレート系、ポリブタジエンアクリレート系、エポキシアクリレート系、シリコーンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系のＵＶ硬化型樹脂を被覆１３として採用してもよい。

被覆１３の一部は、不連続部１３ａとなっている。本明細書において「不連続部」とは、被覆１３が除去された部分（被覆除去部）、若しくは被覆１３が除去された後で再び樹脂などで覆われた部分（再被覆部）をいう。また、被覆１３のうち不連続部１３ａ以外の部分を連続部１３ｂという。図２の例では、被覆１３の一部が除去された後、再び樹脂などで覆われることで不連続部１３ａが構成されている。

本明細書では、長手方向において不連続部１３ａが位置している範囲を第１領域Ａ１といい、不連続部１３ａが位置していない範囲を第２領域Ａ２という。換言すると、第２領域Ａ２は、連続部１３ｂが位置している範囲である。
融着接続部Ｐ１は、第１領域Ａ１に位置している。すなわち、融着接続部Ｐ１は被覆１３が不連続部１３ａとなっている部分に位置している。
ここで本実施形態では、コア１１のうち第１領域Ａ１に位置している部分に、調整部１１ａが設けられている。

調整部１１ａは、クラッド１２の内側部１２ａに添加された、屈折率を低下させるドーパントが染み出した部分である。調整部１１ａでは、コア１１の調整部１１ａ以外の部分よりも屈折率が低くなっている。調整部１１ａは、コア１１の外周面に沿って間欠的に設けられていてもよいし、外周面の全周にわたって連続的に設けられていてもよい。

調整部１１ａは、融着接続部Ｐ１を長手方向において跨ぐように配置されている。換言すると、調整部１１ａは、融着接続部Ｐ１から長手方向における両側に向けて延びている。図２では、融着接続部Ｐ１を基準として、長手方向における一方側を＋Ｚ側、他方側を−Ｚ側として表示している。融着接続部Ｐ１から調整部１１ａの＋Ｚ側の端部までの長手方向における寸法と、融着接続部Ｐ１から調整部１１ａの−Ｚ側の端部までの長手方向における寸法と、は互いに略同じである。すなわち、調整部１１ａは、融着接続部Ｐ１を中心として略左右対称に形成されている。

調整部１１ａは、クラッド１２を加熱して、クラッド１２の内側部１２ａに含まれている屈折率を低下させるドーパントをコア１１に移動させることで設けることができる。調整部１１ａを設ける具体的な方法としては、例えば被覆１３の一部を除去してクラッド１２の外周面を露出させ、露出したクラッド１２をヒータにより加熱してもよい。あるいは、露出したクラッド１２に向けて電力で放電し、放電によって加熱してもよい。特に、図３に示すような融着接続器１００によるアーク放電が好適である。

図３に、融着接続器１００の一例を示す。融着接続器１００は、第１ファイバＦ１の軸線と第２ファイバＦ２の軸線とが一致し、かつファイバＦ１、Ｆ２の端面同士が当接するように、ファイバＦ１、Ｆ２を保持して位置決めする。そして、当接された端面の近傍に放電して加熱することで、ファイバＦ１、Ｆ２のコア１１およびクラッド１２を溶融して融着させる。融着接続部Ｐ１は、融着接続器１００を用いて設けることができる。さらに、ファイバＦ１、Ｆ２を融着接続させた後、追加放電を行うことで、クラッド１２に含まれている屈折率を低下させるドーパントをコア１１に移動させて、調整部１１ａを設けることができる。

なお、石英ガラス内における拡散の速度を考慮すると、屈折率を低下させるドーパントとしてはＦ（フッ素）が好適である。Ｆを用いることで、例えばＢやＧｅと比較して、短時間でドーパントをクラッド１２からコア１１に移動させ、調整部１１ａを設けることができる。

なお、調整部１１ａを設けた後、被覆１３を除去した部分を樹脂によって再度被覆してもよい。この場合、再度設けられた被覆（再被覆部）によって、クラッド１２の外周面を保護することができる。ただし、例えば漏れ光による発熱などの懸念が無い場合には、再被覆部を設けなくてもよい。

調整部１１ａが設けられている部分におけるコア１１の屈折率プロファイルは、調整部１１ａが設けられていない部分におけるコア１１の屈折率プロファイルと異なっている。なお、「屈折率プロファイル」とは、半径方向におけるコア１１の屈折率分布である。

次に、以上のように構成されたレーザ装置１の作用について説明する。

図２に示す第２領域Ａ２では、コア１１の屈折率プロファイルは長手方向に沿って一定となっている。このため、第２領域Ａ２を進む光の拡がり角は、長手方向に沿って一定となる。
一方、第１領域Ａ１の少なくとも一部では、調整部１１ａによって、コア１１の屈折率プロファイルが変化する。すなわち、第２領域Ａ２から第１領域Ａ１に進入した光にとってみると、屈折率プロファイルが長手方向で変化することになる。また、調整部１１ａは、コア１１の半径方向における全体ではなく、外周の一部分に設けられている。したがって、コア１１内を伝搬する光の一部は調整部１１ａの影響を受ける一方、残りの部分は調整部１１ａの影響を受けない。これにより、コア１１を伝搬する一部の光の反射角がばらつき、融着接続部Ｐ１を通過した光の拡がり角が変化する。シングルモードファイバにおいては伝搬するモードが単一であるため影響ないが、マルチモードファイバの場合はモード間の結合効率が変化するため、拡がり角が変化すると考えられる。

また、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とを比較したときの屈折率プロファイルの変化の程度が大きいほど、光の拡がり角の変化の程度も大きくなる。そして、屈折率プロファイルの変化の程度は、加熱によって調整部１１ａを設ける際の、加熱時間や加熱温度に依存する。すなわち、加熱時間や加熱温度を調整することで、光の拡がり角を変化させて、例えばＢＰＰ（Beam Parameter Product）を所望の値とすることが可能となる。

上記の通り、第１融着接続部Ｐ１のコア１１の少なくとも一部には、クラッド１２に含有された屈折率を低下させるドーパントと同種のドーパントが含有される。一方、第２融着接続部Ｐ２のコア１１には、屈折率を低下させるドーパントが含有されていないか、含有されていたとしても、その含有量は第１融着接続部Ｐ１における含有量より小さい。したがって、第１融着接続部Ｐ１のコア１１と、第２融着接続部Ｐ２のコア１１とでは、屈折率プロファイルが異なっている。第２融着接続部Ｐ２のコア１１にも屈折率を低下させるドーパントが含有されている場合、含有領域の径方向の厚みは、コア１１の半径の５％以下であることが好ましい。

クラッド１２からコア１１へのドーパントの拡散量は、クラッド１２に加える熱量に依存するため、第１融着接続部Ｐ１における加熱時間または加熱温度を、第２融着接続部Ｐ２における加熱時間または加熱温度よりも大きくすることで、上記のように屈折率プロファイルを相違させることができる。

以上説明したように、本実施形態のレーザ装置１は、レーザ光が伝搬するコア１１およびコア１１を囲うクラッド１２を有する２本のファイバＦ１、Ｆ２同士が融着接続されてなる第１融着接続部Ｐ１および第２融着接続部Ｐ２を備えている。そして、第１融着接続部Ｐ１のコア１１の少なくとも一部に、屈折率を低下させるドーパントが含有されており、当該ドーパントにより、コア１１内における屈折率プロファイルが変化している。これにより、出射端５から出射されるレーザ光の拡がり角を所望の範囲に調整することができる。さらに、複数のレーザ装置間の拡がり角のばらつきを抑えて、品質を安定させることもできる。
この構成は、例えば光ファイバとレンズとを接続して拡がり角を調整する場合と比較してシンプルであり、光ファイバとレンズとの接続部における損失の発生を避けることができる。

また、第１融着接続部Ｐ１はクラッド光除去部４よりも上流側に位置している。このような構成とすることで、第１融着接続部Ｐ１においてクラッドモード光が生じたとしても、当該クラッドモード光をクラッド光除去部４によって除去することができる。これにより、クラッドモード光により引き起こされる、レーザ装置１内の意図しない箇所における発熱などを抑制することができる。

また、レーザ装置１においては、レーザユニット２を交換する場合がある。このとき、レーザユニット２とコンバイナ３との間で融着接続が行われる場合があり、当該融着接続する部分に、仮に第１融着接続部Ｐ１が位置していると、レーザユニット２の交換の前後で第１融着接続部Ｐ１のコアの屈折率プロファイルが変動する可能性がある。つまり、レーザユニット２の交換の前後で、出射端５から出射されるレーザ光の拡がり角が変動してしまう可能性がある。そこで、部品交換の頻度が比較的少ない、コンバイナ３とクラッド光除去部４との間の部分に第１融着接続部Ｐ１を配置することで、部品交換によって拡がり角が変動する可能性を低減することができる。

また、第２融着接続部Ｐ２においても、クラッド１２に含有されている屈折率を低下させるドーパントと同種のドーパントがコア１１内に含有されていてもよい。つまり、第２融着接続部Ｐ２のコア１１にも、調整部１１ａが設けられていてもよい。このように、第２融着接続部Ｐ２でも拡がり角を変化させることで、レーザ装置１全体での拡がり角の調整可能な範囲を大きくすることができる。また、第１融着接続部Ｐ１のみで拡がり角を変化させる場合と比較して、第１融着接続部Ｐ１での拡がり角の変化量を小さくすることができる。これにより、第１融着接続部Ｐ１において屈折率を低下させるドーパントをコア１１に拡散させるためにクラッド１２に加える熱量を小さくすることができる。したがって、第１融着接続部Ｐ１のクラッド１２を加熱することに起因する、第１融着接続部Ｐ１での透過率低下や機械的強度低下などを抑制することができる。

ただし、第２融着接続部Ｐ２における拡がり角の変化量は、第１融着接続部Ｐ１における拡がり角の変化量よりも小さいことがこの好ましい。このように、第２融着接続部Ｐ２における拡がり角の変化量を小さくすると、第２融着接続部Ｐ２においてクラッドモード光が生じにくくなる。したがって、第２融着接続部Ｐ２がクラッド光除去部４よりも下流側に位置していても、出射端５から出射されるレーザ光にクラッドモード光が含まれることを抑制できる。

また、レーザ装置１においては、出射端５を部品交換する場合がある。この場合、部品交換の後、クラッド光除去部４と出射端５との間に位置する第２融着接続部Ｐ２において、再度融着接続を行うことになる。これを考慮し、第２融着接続部Ｐ２における拡がり角を変化させる能力を低くすることで、部品交換の前後で出射端５から出射されるレーザ光の拡がり角が大きく変化してしまうことを抑制できる。

また、融着接続部Ｐ１のクラッド１２に含まれる、屈折率を低下させるドーパントとして、拡散速度が速いフッ素を採用することで、より短時間で効率よくコア１１にドーパントを拡散させることができる。

また、第１融着接続部Ｐ１のコア１１のうち、屈折率を低下させるドーパントが含有されている領域（調整部１１ａ）の径方向の寸法は、コア１１の半径の１０％以上であることが好ましい。例えばコア１１の半径が５０μｍである場合、調整部１１ａの径方向の寸法は５μｍ以上であることが好ましい。このような割合とすることで、コア１１を伝搬する光の約１９％以上が、調整部１１ａによる影響を受けることになる。このように、コア１１内を伝搬する光のうち、調整部１１ａの影響を受ける割合をある程度確保することで、調整部１１ａによる拡がり角の調整をより確実に行うことができる。

また、本実施形態では、クラッド１２に含有されていた屈折率を低下させるドーパントをコア１１に移動させることで、調整部１１ａを設けている。このため、ドーパントが移動した分だけ、クラッド１２の屈折率が上昇する。そこで、クラッド１２のうち屈折率を低下させるドーパントを含有する部分（すなわち内側部１２ａ）の厚みをｔとし、コア１１の半径をｒとしたとき、ｔ≧０．２×ｒであってもよい。このように、内側部１２ａをある程度厚くすることで、クラッド１２に含まれるドーパントの総量を確保し、コア１１にドーパントが移動した後におけるクラッド１２の屈折率上昇を抑制することができる。

また、例えばシングルモードファイバのようにコア１１の直径が小さすぎると、調整部１１ａによって調整された拡がり角が、調整部１１ａが設けられた部分を通過した後で調整前の大きさに戻ってしまうことが考えられる。そこで、コア１１の直径を５０μｍ以上とすることで、調整部１１ａが設けられた部分を通過した後も拡がり角が維持されるようにして、融着接続部Ｐ１における拡がり角の調整効果をより確実に奏功させることができる。

また、本実施形態では、当初はクラッド１２に位置していた屈折率を低下させるドーパントの一部をコア１１に移動させることで、コア１１の屈折率プロファイルを変化させている。このため、コア１１へのドーパントの移動量が過剰であると、クラッド１２の屈折率が上昇してしまい、クラッド１２によるコア１１の光の閉じ込めが弱くなってしまう懸念がある。このことを考慮して、第２領域Ａ２におけるクラッド１２の最低屈折率と、第１領域Ａ１におけるクラッド１２の最低屈折率との相違は、１０％以内とすることが好ましい。

また、本実施形態のレーザ装置１の製造方法は、出射端５からレーザ光を出射させ、出射されたレーザ光の拡がり角を測定し、当該拡がり角が所定の値となるように第１融着接続部Ｐ１のコア１１の屈折率プロファイルを変化させる調整工程を有する。これにより、拡がり角のレーザ装置ごとのばらつきを抑えることができる。

また、融着接続器１００を用いて前記調整工程を行うことで、レーザ装置１を製造する際に通常行われる融着接続の際に、拡がり角を調整することができる。このように、従来の製造工程に対して大きな変更を加えることなく拡がり角を調整することで、拡がり角を調整することによる製造コストの増大を抑えることができる。

以下、具体的な実施例を用いて、上記実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。特に、融着接続部Ｐ１、Ｐ２の構造は、以下の説明で用いる図４Ａ〜図６Ｂに示した屈折率の分布に限定されない。

本実施例では、以下の３つの光デバイス（サンプル１〜３）を用意した。
サンプル１：追加放電無し（図４Ａ、図４Ｂ）
サンプル２：追加放電あり（図５Ａ、図５Ｂ）
サンプル３：追加放電あり（図６Ａ、図６Ｂ）

各サンプル１〜３は、２つのマルチモードファイバＦ１、Ｆ２を融着接続して構成した（図２参照）。融着接続は、図３に示すような融着接続器１００を用いて行った。コア１１の直径は１００μｍとし、クラッド１２の直径は３６０μｍとした。クラッド１２には、フッ素が添加されている内側部１２ａと、フッ素が添加されていない外側部１２ｂとを設けた。内側部１２ａの厚みは約２５μｍとした。

サンプル２、３については、マルチモードファイバＦ１、Ｆ２を融着接続した後、融着接続部Ｐ１に追加放電を行うことで、クラッド１２に含まれているフッ素をコア１１に移動させて調整部１１ａを設けた。ただし、サンプル３の追加放電の強度は、サンプル２の追加放電の強度の２倍とした。すなわち、サンプル２、３では追加放電の強度が異なっている。サンプル２、３については、放電時間を２０秒とした。サンプル１については、追加放電を行わなかった。

図４Ａ、図５Ａ、図６Ａの横軸は、マルチモードファイバＦ１、Ｆ２の半径方向の位置を示しており、コア１１の中心位置をｒ＝０としている。コア１１の直径は１００μｍであるため、横軸が−５０μｍ≦ｒ≦５０μｍの範囲はコア１１の屈折率プロファイルを示している。また、横軸が−７５≦ｒ＜−５０μｍの範囲、および５０μｍ＜ｒ≦７５μｍの範囲は、クラッド１２のフッ素添加領域（内側部１２ａ）の屈折率プロファイルを示している。

図４Ａ、図５Ａ、図６Ａの縦軸は、サンプル１におけるクラッド１２の外周面の屈折率を基準とする、比屈折率差Δを示している。換言すると、比屈折率差Δは、フッ素が添加されていない石英ガラスを基準とした比屈折率差である。図４Ａ、図５Ａ、図６Ａには、長手方向の位置（Ｚ軸座標）が異なる５つのデータを示している。図２に示すように、融着接続部Ｐ１の位置をＺ＝０としている。また、融着接続部Ｐ１から見て、図２における紙面の右側を＋Ｚ側、紙面の左側を−Ｚ側としている。このＺ軸の定義は図４Ａ、図５Ａ、図６Ａで共通である。

図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂの横軸は、長手方向の位置を示している。Ｚ軸の定義は、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａと同様である。図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂの縦軸は、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａと同様である。
図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂには、半径方向の位置が異なる２つのデータ（ｒ＝±４５μｍ）を示している。

まず、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａについて考察する。図４Ａに示すように、追加放電を行っていないサンプル１では、長手方向の位置に関わらず屈折率プロファイルがほぼ一定となっている。これに対して、図５Ａ、図６Ａに示すように、追加放電を行っているサンプル２、３では、長手方向の位置に応じて屈折率プロファイルが大きく異なっている。より詳しくは、長手方向における位置が融着接続部Ｐ１に近いほど、すなわちＺ軸座標が０に近いほど、調整部１１ａにおけるΔが低下するとともに、クラッド１２の内側部１２ａにおけるΔが上昇する傾向がある。これは、内側部１２ａに添加されていたフッ素が調整部１１ａに移動することで、調整部１１ａの屈折率が低下するとともに、内側部１２ａの屈折率が上昇したことを意味している。そして、フッ素の移動量は、追加放電の中心位置である融着接続部Ｐ１に近づくほど大きくなっている。これは、追加放電の中心位置に近いほど強く加熱されて、熱によるフッ素の拡散移動が活発になるためである。

このように、融着接続器１００においてファイバＦ１、Ｆ２を融着接続した後、追加放電を行うことで、クラッド１２のフッ素を移動させてコア１１の屈折率プロファイルを変化させられることが確認された。
また、図５Ａ、図６Ａの屈折率プロファイルから、サンプル２、３では、調整部１１ａの半径方向の位置は、おおよそ−５０μｍ≦ｒ≦−３５μｍおよび３５≦ｒ≦５０μｍの範囲であることがわかる。つまり、調整部１１ａの径方向の寸法は約１５μｍとなっている。コア１１の半径は５０μｍであるから、サンプル２、３における調整部１１ａの径方向の寸法は、コア１１の半径の約３０％となっている。

また、図５Ｂ、図６Ｂに示すように、サンプル２とサンプル３とで、ｒ＝±４５μｍ（調整部１１ａの範囲内）における融着接続部Ｐ１近傍（すなわちＺ＝０近傍）の屈折率は大きく異なっている。より詳しくは、ｒ＝±４５μｍ、Ｚ＝０における比屈折率差Δは、サンプル２では約−０．１８％であり、サンプル３では約−０．３５％である。

そして、サンプル１〜３の光デバイスをそれぞれレーザ装置に設けたところ、当該レーザ装置を伝搬する光のＢＰＰの値が変化した。より詳しくは、サンプル３とサンプル１との間のＢＰＰの変化量は、サンプル２とサンプル１との間のＢＰＰの変化量の約２倍となった。これは、上記したｒ＝±４５μｍ、Ｚ＝０における比屈折率差Δの違いと概ね一致している。そしてサンプル３とサンプル２との相違点は、追加放電の強度の違いであるから、追加放電の強度を調整することで、ＢＰＰの変化量を調整可能であることが確認された。

また、図５Ｂ、図６Ｂに示すように、サンプル２、３では、長手方向に沿って屈折率がなだらかに変化している。ここで、コア１１内で屈折率が長手方向において変化する場合、その変化が長手方向に対して急峻であると、光が長手方向において逆流するように、コア１１内で反射が生じてしまう場合がある。これに対して、図５Ｂ、図６Ｂに示すように、長手方向において屈折率がなだらかに変化している場合には、コア１１内における上記のような反射が生じにくい。

また、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａに示すように、サンプル１〜３では、クラッド１２における最低屈折率がΔ＝０％であり、実質的に変化していない。これにより、クラッド１２によるコア１１内への光を閉じ込めが弱くなることを抑制できる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば前記実施形態では、融着接続器１００の追加放電によって融着接続部Ｐ１を加熱し、クラッド１２の屈折率を低下させるドーパントをコア１１に拡散させた。しかしながら、例えばヒータなどで融着接続部Ｐ１を加熱することで、上記ドーパントをコア１１に拡散させてもよい。

また、融着接続部Ｐ１、Ｐ２の位置は図１に限定されず、適宜変更可能である。

また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

１…レーザ装置 ２…レーザユニット ５…出射端 １１…コア １２…クラッド １３…被覆 Ｐ１…第１融着接続部 Ｐ２…第２融着接続部 Ｆ１、Ｆ２…マルチモードファイバ

Claims (11)

1. レーザ光を出力するレーザユニットと、
   前記レーザ光を出射する出射端と、
   前記レーザ光が伝搬するコア及び前記コアを囲うクラッドを有し、前記コアの外径が互いに等しい２本のマルチモードファイバ同士が融着接続されてなる第１融着接続部および第２融着接続部と、を備え、
   前記レーザユニット側を上流側、前記出射端側を下流側とするとき、前記第１融着接続部は、前記第２融着接続部よりも上流側に位置し、
   前記第１融着接続部における前記コアの少なくとも一部には、前記第１融着接続部における前記クラッドに含有された屈折率を低下させるドーパントと同種のドーパントが含有され、
   前記第１融着接続部における前記コアと前記第２融着接続部における前記コアとでは、外径が互いに等しく、かつ屈折率プロファイルが異なっており、
   前記第１融着接続部における前記コアのうち、前記ドーパントが含有されている領域の径方向における寸法は、当該コアの半径の１０％以上であり、
   前記第２融着接続部における前記コアのうち、前記ドーパントが含有されている領域の径方向における寸法は、当該コアの半径の５％以下である、レーザ装置。
2. クラッドモード光を除去するクラッド光除去部をさらに備え、
   前記第１融着接続部は前記クラッド光除去部よりも上流側に位置している、請求項１に記載のレーザ装置。
3. 前記第１融着接続部の前記クラッドに含有されている前記ドーパントはフッ素である、請求項１または２に記載のレーザ装置。
4. 前記第１融着接続部における前記クラッドのうち前記ドーパントを含有する部分の厚みをｔとし、前記第１融着接続部における前記コアの半径をｒとしたとき、ｔ≧０．２×ｒである、請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ装置。
5. 前記第１融着接続部における前記コアの直径が５０μｍ以上である、請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
6. 複数の前記レーザユニットと、
   複数の前記レーザユニットからのレーザ光を１本のファイバに結合させるコンバイナと、
   クラッドモード光を除去するクラッド光除去部と、をさらに備え、
   前記第１融着接続部は前記コンバイナと前記クラッド光除去部との間に位置している、請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ装置。
7. クラッドモード光を除去するクラッド光除去部をさらに備え、
   前記第２融着接続部は、前記クラッド光除去部と前記出射端との間に位置している、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ装置。
8. 前記第１融着接続部は、同種の２本の前記マルチモードファイバ同士が融着接続されてなり、
   同種の２本の前記マルチモードファイバは、前記コアの外径、前記クラッドの外径、および前記クラッドに含有されている前記ドーパントの種類が互いに同じである、請求項１から７のいずれか１項に記載のレーザ装置。
9. 前記第２融着接続部における前記コアの少なくとも一部には、前記第２融着接続部における前記クラッドに含有された屈折率を低下させるドーパントと同種のドーパントが含有されている、請求項１から８のいずれか１項に記載のレーザ装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載のレーザ装置を製造する、レーザ装置の製造方法であって、
    前記出射端から前記レーザ光を出射させ、出射された前記レーザ光の拡がり角を測定し、当該拡がり角が所定の値となるように、前記第１融着接続部の前記コアの屈折率プロファイルを変化させる調整工程を有する、レーザ装置の製造方法。
11. ２本の前記マルチモードファイバ同士を融着接続させることができる融着接続器を用いて前記調整工程を行う、請求項１０に記載のレーザ装置の製造方法。

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