JP7266144B2 - ファイバ構造体、光コンバイナ、レーザ光源及びレーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ファイバ構造体、光コンバイナ及びレーザ装置に関する。

高出力ファイバレーザなどのレーザ光源においては一般に、複数の光源からの励起光を合波させて光共振部へ入射させる光コンバイナが用いられる。

光コンバイナは、複数本の光ファイバ素線を有する第１光ファイバ部と、１本の光ファイバ素線を有する第２光ファイバ部とを備えており、第１光ファイバ部及び第２光ファイバ部はそれぞれ、被覆部と、被覆部に隣接する素線露出部とを有し、被覆部は、光ファイバ素線とその被覆とを有し、素線露出部は、露出された光ファイバ素線を有する。そして、第１光ファイバ部の素線露出部の端面と、第２光ファイバ部の素線露出部の端面とが融着接続されている。

このような光コンバイナとして、例えば下記特許文献１に開示されているものが知られている。同文献には、素線露出部と被覆部との境界に湿気が入ることにより光ファイバの光学特性が低下することを抑制するために、素線露出部と被覆部との境界を封止部によって覆うことが開示されている。

特開２０１７－１９１２９８号公報

しかし、上記特許文献１に記載の光コンバイナは、耐久性の点で改善の余地を有していた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐久性を向上させることができるファイバ構造体、光コンバイナ、レーザ光源及びレーザ装置を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するため検討を重ねた。その過程で、本発明者は、光コンバイナにおいて封止部が例えばアクリル樹脂で構成される場合には、高出力の光を光コンバイナに入射させると、封止部が時間の経過とともに熱くなることに気付いた。このことから、封止部としてアクリル樹脂を使用した場合、光コンバイナに長時間にわたって高出力の光を入射させると、光が時間の経過につれて吸収されやすくなり、その結果、封止部が時間の経過とともに熱くなるのではないかと考えた。そこで、本発明者はさらに鋭意研究を重ねた結果、光コンバイナにおいて、素線露出部と被覆部との境界を覆う封止部を、アクリル樹脂から、特定の構造を有するフッ素樹脂にすることで、上記課題を解決し得ることを見出した。

すなわち、本発明は、被覆部と、前記被覆部に隣接する素線露出部とを有し、前記被覆部が、光ファイバ素線と、前記光ファイバ素線を被覆する被覆とを有し、前記素線露出部が、露出された光ファイバ素線からなるファイバ構造体であって、前記被覆部と前記素線露出部との境界を覆う封止部を備え、前記封止部が、下記式（１）で表される構造を有するフッ素樹脂を有する、ファイバ構造体である。

（前記式（１）中、Ｒは、二価の有機フッ素化合物基を表し、ｎは１以上の整数を表す。）である。

上記ファイバ構造体によれば、封止部が上記式（１）で表される構造を有する。このため、例えば高出力の光が被覆部の光ファイバ素線に入射されて、光ファイバ素線から漏れ出た高出力の光が長時間にわたって封止部に入射されても、封止部による光の吸収が、封止部としてアクリル樹脂を用いる場合に比べて抑制される。このため、封止部の温度上昇による熱劣化が抑制され、封止部の封止性能の低下が抑制される。従って、湿気が素線露出部と被覆部との境界から入り込み、その湿気による被覆の膨潤によって光ファイバ素線が圧迫されて光ファイバ素線の光学特性が低下することが抑制される。よって、本発明のファイバ構造体によれば、耐久性を向上させることが可能となる。

上記ファイバ構造体においては、前記二価の有機フッ素化合物基が下記式（Ａ）で表されることが好ましい。
－Ｒ^５－Ｏ－ （Ａ）
（前記式（Ａ）中、Ｒ^５は、炭素数１～５のフッ化アルキレン基を表す。）

この場合、封止部が、Ｃ－Ｃ結合やＣ－Ｈ結合よりも大きな結合エネルギーを有するＳｉ－Ｏ結合を有することとなるため、封止部の耐熱性がより向上し、ファイバ構造体の耐久性をより向上させることができる。

上記ファイバ構造体においては、前記フッ化アルキレン基が、－ＣＦ_２－ＣＦ（ＣＦ_３）－、－ＣＦ_２－、－ＣＦ_２－ＣＦ_２－又は－ＣＦ_２－ＣＦ_２－ＣＦ_２－であることが好ましい。

この場合、封止部が、Ｃ－Ｃ結合やＣ－Ｈ結合よりも大きな結合エネルギーを有するＳｉ－Ｏ結合及びＣ－Ｆ結合を有することとなるため、封止部の耐熱性がより一層向上し、ファイバ構造体の耐久性をより一層向上させることができる。

上記ファイバ構造体においては、前記光ファイバ素線が、コアと、前記コアを包囲するクラッドとを有し、前記封止部の屈折率が、前記クラッドの屈折率よりも小さいことが好ましい。

この場合、光ファイバ素線内にレーザ光を効果的に閉じ込めることが可能となる。

また本発明は、第１ファイバ構造体と、第２ファイバ構造体とを備える光コンバイナであって、前記第１ファイバ構造体及び前記第２ファイバ構造体が、上述したファイバ構造体からなり、前記第１ファイバ構造体においては、前記被覆部及び前記素線露出部が複数本の前記光ファイバ素線を有し、前記第２ファイバ構造体においては、前記被覆部及び前記素線露出部が１本の前記光ファイバ素線を有し、前記第１ファイバ構造体の前記素線露出部の端面と、前記第２ファイバ構造体の前記素線露出部の端面とが融着接続されている光コンバイナである。

この光コンバイナによれば、第１ファイバ構造体及び第２ファイバ構造体の封止部が上記式（１）で表される構造を有する。このため、例えば高出力の光が被覆部の光ファイバ素線に入射されて、光ファイバ素線から漏れ出た光が長時間にわたって封止部に入射されても、封止部による光の吸収が、封止部としてアクリル樹脂を用いる場合に比べて抑制される。このため、封止部の温度上昇による熱劣化が抑制されるため、第１ファイバ構造体及び第２ファイバ構造体の耐久性を向上させることが可能となる。従って、本発明の光コンバイナの耐久性を向上させることが可能となる。

上記光コンバイナにおいては、前記封止部のヤング率が１０ＭＰａ以下であることが好ましい。

この場合、光が例えば光コンバイナの第１ファイバ構造体に入射され、光コンバイナの第２ファイバ構造体から出射されると、封止部のヤング率が１０ＭＰａを超える場合に比べて、出射される光のビーム品質をより向上させることができる。

上記光コンバイナは、前記第１ファイバ構造体及び前記第２ファイバ構造体を収容する収容部と、前記第１ファイバ構造体を前記収容部に固定する第１固定部と、前記第２ファイバ構造体を前記収容部に固定する第２固定部とをさらに備え、前記第１ファイバ構造体においては、前記第１固定部が前記封止部と接着され、前記第２ファイバ構造体においては、前記第２固定部が前記封止部と接着され、前記第１固定部及び前記第２固定部が、前記収容部に対して前記封止部よりも大きい接着強度を有することが好ましい。

この場合、第１ファイバ構造体及び第２ファイバ構造体が、収容部に対して封止部より大きい接着強度を有する第１固定部及び第２固定部で収容部に固定されることで、第１ファイバ構造体及び第２ファイバ構造体の収容部への固定が補強される。このため、第１ファイバ構造体及び第２ファイバ構造体と収容部との分離を抑制することができる。

上記光コンバイナにおいては、前記第１ファイバ構造体の前記封止部が前記収容部に固定され、前記第２ファイバ構造体の前記封止部が前記収容部に固定されていることが好ましい。

この場合、第１ファイバ構造体と収容部との接着強度、及び、第２ファイバ構造体と収容部との接着強度をより高めることができる。

また、本発明は、上述した光コンバイナと、前記光コンバイナの前記第２ファイバ構造体の前記光ファイバ素線から出射される光に基づいて特定の波長の光をレーザ光として出射させる光共振部と、前記光コンバイナの前記第１ファイバ構造体の複数本の前記光ファイバ素線の各々に励起光を入射させる励起光源とを備えるレーザ光源である。

このレーザ光源によれば、励起光源から、光コンバイナの第１ファイバ構造体の複数本の光ファイバ素線の各々に励起光が入射され、光コンバイナの第２ファイバ構造体の光ファイバ素線から出射される光に基づいて特定の波長の光が光共振部からレーザ光として出射される。このとき、光コンバイナに入射される励起光が高出力であっても、光コンバイナの耐久性を向上させることが可能となる。従って、本発明のレーザ光源の耐久性を向上させることが可能となる。

さらに、本発明は、複数のレーザ光源と、前記複数のレーザ光源から入射されるレーザ光を結合して出射させる光コンバイナとを備え、前記光コンバイナが、上述した光コンバイナからなる、レーザ装置である。

このレーザ装置によれば、複数のレーザ光源からレーザ光が光コンバイナの第１ファイバ構造体に入射され、結合されて第２ファイバ構造体からレーザ光として出射される。このとき、光コンバイナが、上述した光コンバイナからなり、耐久性を向上させることが可能となる。従って、本発明のレーザ装置の耐久性を向上させることが可能となる。

上記レーザ装置においては、前記レーザ光源が、上述したレーザ光源からなることが好ましい。

この場合、レーザ光源が、上述したレーザ光源からなり、耐久性を向上させることが可能な光コンバイナを有する。このため、本発明のレーザ装置は、耐久性をより向上させることが可能となる。

なお、本発明において、屈折率は、光ファイバ素線に入射される光の波長における屈折率をいう。

本発明によれば、耐久性を向上させることが可能なファイバ構造体、光コンバイナ、レーザ光源及びレーザ装置が提供される。

本発明の光コンバイナの一実施形態を示す平面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った部分切断面端面図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図１のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。 図３の光ファイバ素線を示す拡大図である。 式（１）で表される構造を有するフッ素樹脂からなるシート及びアクリル樹脂からなるシートの１５０℃における光透過率の経時変化を示すグラフである。 式（１）で表される構造を有するフッ素樹脂からなるシート及びアクリル樹脂からなるシートの１５０℃における光吸収率の増加量の経時変化を示すグラフである。 本発明のレーザ光源の一実施形態を示す概略図である。 本発明のレーザ装置の一実施形態を示す概略図である。 本発明の光コンバイナの他の実施形態を示す部分切断面端面図である。

＜光コンバイナ＞
以下、本発明の光コンバイナの実施形態について図１～５を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の光コンバイナの一実施形態を示す平面図、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った部分切断面端面図、図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図、図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図、図５は、図３の光ファイバ素線を示す拡大図である。

図１及び図２に示すように、光コンバイナ１００は、第１ファイバ構造体１０１と、第２ファイバ構造体１０２と、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２を収容する収容溝１１を有する収容部１０と、第１ファイバ構造体１０１を収容部１０に固定する第１固定部３０と、第２ファイバ構造体１０２を収容部１０に固定する第２固定部３０とを備えている。

第１ファイバ構造体１０１は、被覆部１０１Ａと、被覆部１０１Ａに隣接する素線露出部１０１Ｂとを有している。被覆部１０１Ａは、複数本の光ファイバ素線２１と、複数本の光ファイバ素線２１の各々を被覆する被覆２２とを有しており（図３参照）、素線露出部１０１Ｂは、露出された複数本の光ファイバ素線２１からなる。ここで、複数本の光ファイバ素線２１は被覆部１０１Ａ及び素線露出部１０１Ｂに共通の光ファイバ素線である。すなわち、被覆部１０１Ａの光ファイバ素線２１の延長部が素線露出部１０１Ｂの光ファイバ素線２１として構成されている。なお、以下、被覆部１０１Ａ及び素線露出部１０１Ｂにおける光ファイバ素線２１と被覆部１０１Ａにおける被覆２２とからなるものをまとめて光ファイバ２０と呼ぶこととする。

一方、第２ファイバ構造体１０２は、被覆部１０２Ａと、被覆部１０２Ａに隣接する素線露出部１０２Ｂとを有している。被覆部１０２Ａは、１本の光ファイバ素線２１と、１本の光ファイバ素線２１を被覆する被覆２２とを有しており（図４参照）、素線露出部１０２Ｂは、露出された光ファイバ素線２１からなる。ここで、１本の光ファイバ素線２１は被覆部１０２Ａ及び素線露出部１０２Ｂに共通の光ファイバ素線である。すなわち、被覆部１０２Ａの光ファイバ素線２１の延長部が素線露出部１０２Ｂの光ファイバ素線２１として構成されている。なお、以下、被覆部１０２Ａ及び素線露出部１０２Ｂにおける光ファイバ素線２１と被覆部１０２Ａにおける被覆２２とからなるものもまとめて光ファイバ２０と呼ぶこととする。

そして、第１ファイバ構造体１０１の素線露出部１０１Ｂの端面と、第２ファイバ構造体１０２の素線露出部１０２Ｂの端面とが融着接続されている。ここで、図５に示すように、光ファイバ素線２１は、コア２１ａと、コア２１ａを包囲するクラッド２１ｂとを有しており、光コンバイナ１００に入射された光は、第１ファイバ構造体１０１の光ファイバ素線２１のコア２１ａを通り、第２ファイバ構造体１０２の光ファイバ素線２１のコア２１ａを通ることとなる。こうして第１ファイバ構造体１０１と第２ファイバ構造体１０２とは光結合された状態で収容部１０の収容溝１１に収容されている。

また、第１ファイバ構造体１０１は、被覆部１０１Ａと素線露出部１０１Ｂとの境界Ｂ１を覆う封止部４０を備えている。ここで、境界Ｂ１は、第１ファイバ構造体１０１を平面視した場合の境界をいう。図２においては、第１ファイバ構造体１０１の封止部４０は、被覆部１０１Ａの一端を覆うとともに、素線露出部１０１Ｂの一端を覆っている。従って、素線露出部１０１Ｂの一端を覆っている封止部４０は、光ファイバ素線２１のクラッド２１ｂと接触している。

一方、第２ファイバ構造体１０２も、被覆部１０２Ａと素線露出部１０２Ｂとの境界Ｂ２を覆う封止部４０を備えている。ここで、境界Ｂ２は、第２ファイバ構造体１０２を平面視した場合の境界をいう。図２においては、第２ファイバ構造体１０２の封止部４０は、被覆部１０２Ａの一端を覆うとともに、素線露出部１０２Ｂの一端を覆っている。従って、素線露出部１０２Ｂの一端を覆っている封止部４０は、光ファイバ素線２１のクラッド２１ｂと接触している。

そして、封止部４０は、下記式（１）で表される構造を有するフッ素樹脂を含む。

（上記式（１）中、Ｒは、二価の有機フッ素化合物基を表し、ｎは１以上の整数を表す。）

封止部４０は、収容部１０の収容溝１１の底面１１ａ、及び底面１１ａの両縁部から延びる２つの側面１１ｂに接着されている（図３及び図４参照）。

また、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２においては、封止部４０は、第１固定部３０及び第２固定部３０にそれぞれ接着されている。ここで、第１固定部３０及び第２固定部３０は、収容部１０に対して封止部４０よりも大きい接着強度を有する。

光コンバイナ１００によれば、第１ファイバ構造体１０１における封止部４０が、上記式（１）で表される構造を有するフッ素樹脂を含む。このため、例えば高出力の光が被覆部１０１Ａの光ファイバ素線２１に入射されて、光ファイバ素線２１から漏れ出た高出力の光が長時間にわたって封止部４０に入射されても、封止部４０による高出力の光の吸収が、封止部４０としてアクリル樹脂を用いる場合に比べて抑制される。このため、第１ファイバ構造体１０１において、封止部４０の温度上昇による熱劣化が抑制され、封止部４０の封止性能の低下が抑制される。従って、湿気が素線露出部１０１Ｂと被覆部１０１Ａとの境界Ｂ１から入り込み、その湿気による被覆２２の膨潤によって光ファイバ素線２１が圧迫されて光ファイバ素線２１の光学特性が低下することが抑制される。

また、光コンバイナ１００においては、第２ファイバ構造体１０２における封止部４０が、上記式（１）で表される構造を有するフッ素樹脂を含む。このため、高出力の光が第１ファイバ構造体１０１の素線露出部１０１Ｂから素線露出部１０２Ｂの光ファイバ素線２１に入射されて、光ファイバ素線２１から漏れ出た高出力の光が長時間にわたって封止部４０に入射されても、封止部４０による高出力の光の吸収が、封止部４０としてアクリル樹脂を用いる場合に比べて抑制される。このため、第２ファイバ構造体１０２において、封止部４０の温度上昇による熱劣化が抑制され、封止部４０の封止性能の低下が抑制される。従って、湿気が素線露出部１０２Ｂと被覆部１０２Ａとの境界Ｂ２から入り込み、その湿気による被覆２２の膨潤によって光ファイバ素線２１が圧迫されて光ファイバ素線２１の光学特性が低下することが抑制される。

このため、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２の耐久性を向上させることが可能となる。従って、光コンバイナ１００の耐久性を向上させることが可能となる。

また、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２においては、封止部４０が、第１固定部３０及び第２固定部３０にそれぞれ接着され、第１固定部３０及び第２固定部３０は、収容部１０に対して封止部４０よりも大きい接着強度を有する。

このように、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２が、収容部１０に対して封止部４０より大きい接着強度を有する第１固定部３０及び第２固定部３０で収容部１０に固定されることで、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２の収容部１０への固定が補強される。このため、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２と収容部１０との分離を抑制することができる。

また、第１ファイバ構造体１０１の封止部４０は、収容部１０の収容溝１１の底面１１ａに固定され、第２ファイバ構造体１０２の封止部４０は、収容部１０の収容溝１１の底面１１ａの両縁部から延びる２つの側面１１ｂに固定されている。このため、第１ファイバ構造体１０１と収容部１０の接着強度、及び、第２ファイバ構造体１０２と収容部１０の接着強度をより高めることができる。

次に、光コンバイナ１００における収容部１０、光ファイバ２０、第１固定部３０、第２固定部３０及び封止部４０について詳細に説明する。

（収容部）
収容部１０を構成する材料は、特に制限されるものではなく、樹脂又は無機材料のいずれであってもよいが、無機材料で構成されることが好ましい。この場合、無機材料は、樹脂に比べて硬質であるため、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２を外力や衝撃、振動から保護できる。また、無機材料は樹脂に比べて熱膨張係数が小さいため、周囲の温度環境の変化に伴う熱膨張又は熱収縮が抑制され、光ファイバ２０にマイクロベンドを発生させることが抑制され、光ファイバ２０における光学特性の低下を抑制することができる。このような無機材料としては、例えばネオセラム（登録商標）や石英などのガラス材料が挙げられる。

（光ファイバ）
光ファイバ２０は、光ファイバ素線２１と被覆２２とを有する。ここで、被覆２２は、光ファイバ素線２１のクラッド２１ｂの屈折率よりも小さい屈折率を有する材料で構成されることが好ましい。被覆２２を構成する材料としては、例えばシリコン樹脂及びポリアミド樹脂などが挙げられる。

（第１固定部及び第２固定部）
第１固定部３０及び第２固定部３０は、収容部１０に第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２を固定させることができる材料で構成されればよい。第１固定部３０及び第２固定部３０を構成する材料としては、例えばシリコン樹脂及びエポキシ樹脂などが挙げられる。

（封止部）
封止部４０は、上記式（１）で表される構造を有するフッ素樹脂を含む。このフッ素樹脂は、下記式（２）で表される構造を主鎖に含む架橋性化合物を紫外線又は加熱によって架橋させることによって得ることができる。

（上記式（２）中、Ｒは、二価の有機フッ素化合物基を表し、ｎは１以上の整数を表す。Ｒ^１～Ｒ^４は各々独立に、有機基を表す。）

上記式（１）及び（２）におけるＲは二価の有機フッ素化合物基であればよい。二価の有機フッ素化合物基としては、下記式（Ａ）で表される基が好ましい。
－Ｒ^５－Ｏ－ （Ａ）
（前記式（Ａ）中、Ｒ^５は、炭素数１～５のフッ化アルキレン基を表す。）

この場合、封止部４０が、Ｃ－Ｃ結合やＣ－Ｈ結合よりも大きな結合エネルギーを有するＳｉ－Ｏ結合を有することとなるため、封止部４０の耐熱性がより向上し、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２の耐久性をより向上させることができる。

上記フッ化アルキレン基は、アルキレン基の少なくとも一部の水素原子がフッ素原子に置換されたものであればよいが、アルキレン基の全部の水素原子がフッ素原子に置換されたものであることが好ましい。このようなフッ化アルキレン基としては、－ＣＦ_２－ＣＦ（ＣＦ_３）－、－ＣＦ_２－、－ＣＦ_２－ＣＦ_２－又は－ＣＦ_２－ＣＦ_２－ＣＦ_２－がより好ましい。

この場合、封止部４０が、Ｃ－Ｃ結合やＣ－Ｈ結合よりも大きな結合エネルギーを有するＣ－Ｆ結合及びＳｉ－Ｏ結合を有することとなるため、封止部４０の耐熱性がより一層向上し、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２の耐久性をより一層向上させることができる。なお、上記フッ素樹脂中に複数のＲが含まれる場合、複数のＲは互いに同一であっても異なってもよい。

上記式（２）におけるＲ^１～Ｒ^４で表される有機基としては、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等の、末端にＣＨ_２＝ＣＨ－構造を有する基、及び、アルキル基などの炭化水素基が挙げられる。

なお、封止部４０が上記フッ素樹脂を含む場合、封止部４０がアクリル樹脂である場合に比べて、高温環境下において、長時間にわたって光の吸収が抑制されることを確認するために以下の実験を行った。

すなわち、式（２）においてＲを－ＣＦ_２－ＣＦ（ＣＦ_３）－Ｏ－とした架橋性化合物（製品名「SIFEL」、信越化学工業株式会社製）を架橋させて、厚さ０．５ｍｍのシートを作製した。一方、比較のため、アクリル樹脂で同様に厚さ０．５ｍｍのシートを作製した。そして、これらのシートを１５０℃で保管したときの光透過率をそれぞれ測定し、波長１０７０ｎｍにおける光透過率の経時変化をそれぞれ測定した。結果を表１、表２及び図６に示す。このとき、測定には、紫外可視近赤外分光光度計（製品名「V-600」、日本分光株式会社製）を用いた。また、０時間における光吸収率（＝１００－光透過率）を基準としたときの光吸収率の増加量も測定した。結果を表１、表２及び図７に示す。

表１、表２及び図６に示す結果より、フッ素樹脂では、１５０℃という高温で保管して長時間が経過しても、アクリル樹脂とは異なり、光透過率が高いまま保持されていることが分かる。また、表１、表２及び図７に示す結果より、フッ素樹脂では、アクリル樹脂に比べて、光吸収率の増加量が、約９００時間もの時間が経過しても十分に小さいことが分かる。ここで、光吸収率の増加量は、封止部４０の熱による劣化度合いを示すものである。

従って、上述した通り、封止部４０が上記フッ素樹脂を含む場合、封止部４０がアクリル樹脂である場合に比べて、高温環境下において、長時間にわたって光の吸収が抑制されることが分かる。

封止部４０中のフッ素樹脂の含有率は特に制限されるものではないが、通常は５０質量％以上である。封止部４０中のフッ素樹脂の含有率は、封止性能を向上させる観点からは、８０質量％以上であることが好ましく、１００質量％であることが特に好ましい。

封止部４０の屈折率は特に制限されないが、クラッド２１ｂの屈折率よりも小さいことが好ましい。この場合、光ファイバ素線２１内に光を閉じ込めることが可能となる。

封止部４０のヤング率は特に制限されるものではないが、１０ＭＰａ以下であることが好ましい。

この場合、光コンバイナ１００の第１ファイバ構造体１０１に光が入射され、光コンバイナ１００の第２ファイバ構造体１０２から出射されると、封止部４０のヤング率が１０ＭＰａを超える場合に比べて、出射される光のビーム品質をより向上させることができる。

封止部４０のヤング率は、１０ＭＰａ以下であることがより好ましく、１ＭＰａ以下であることが特に好ましい。

但し、封止部４０の形状を維持するという理由から、封止部４０のヤング率は、１ｋＰａ以上であることが好ましい。封止部４０のヤング率は、１ｋＰａ以上であることがより好ましく、５ｋＰａ以上であることが特に好ましい。なお、ヤング率は、室温（２３℃）における値をいうものとする。

次に、光コンバイナ１００の製造方法について説明する。

まず、光ファイバ素線２１が全長にわたって被覆で被覆された被覆光ファイバを複数本用意し、複数本の被覆光ファイバの端部からそれぞれ被覆のみを除去して光ファイバ２０を得る。そして、光ファイバ２０の露出された光ファイバ素線２１の部分を束ねて素線露出部１０１Ｂを形成するとともに、被覆２２で被覆された光ファイバ素線２１の部分を束ねて被覆部１０１Ａを形成する。こうして第１光ファイバ部を用意する。

一方、第１光ファイバ部と同様にして光ファイバ２０を得る。このとき、光ファイバ２０の露出された光ファイバ素線２１が素線露出部１０２Ｂとなり、被覆２２で被覆された光ファイバ素線２１が被覆部１０２Ａとなる。こうして第２光ファイバ部を用意する。

そして、第１光ファイバ部の素線露出部１０１Ｂの端面２０Ａと、第２光ファイバ部の素線露出部Ｂの端面２０Ｂとを融着接続してファイバ接続体を形成する。

次に、収容溝１１を有する収容部１０を用意し、収容溝１１内に、上述したファイバ接続体を収容する。

次に、上述した第１光ファイバ部を、第１固定部３０で収容部１０に固定するとともに、上述した第２光ファイバ部を、第２固定部３０で収容部１０に固定する。

次に、第１光ファイバ部の被覆部１０１Ａと素線露出部１０１Ｂとの境界Ｂ１を覆うように封止部４０の前駆体となる架橋性化合物を塗布する。このとき、封止部４０の前駆体は、収容溝１１の底面１１ａ及び底面１１ａの両縁部から延びる２つの側面１１ｂ並びに第１固定部３０に接触するように塗布する。その後、架橋性化合物を例えば加熱又は紫外線により架橋させる。こうして封止部４０が形成され、第１ファイバ構造体１０１が得られる。このとき、封止部４０は、収容溝１１の底面１１ａ及び２つの側面１１ｂ並びに第１固定部３０に接着される。

次に、第２光ファイバ部の被覆部１０２Ａと素線露出部１０２Ｂとの境界Ｂ２を覆うように封止部４０の前駆体となる架橋性化合物を塗布する。このとき、封止部４０の前駆体は、収容溝１１の底面１１ａ及び底面１１ａの両縁部から延びる２つの側面１１ｂ並びに第２固定部３０に接触するように塗布する。その後、架橋性化合物を例えば加熱又は紫外線により架橋させる。こうして封止部４０が形成され、第２ファイバ構造体１０２が得られる。このとき、封止部４０は、収容溝１１の底面１１ａ及び２つの側面１１ｂ並びに第２固定部３０に接着される。

以上のようにして光コンバイナ１００が得られる。

なお、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２を得る際、上記架橋性化合物は通常、液体であるため、収容溝１１内の狭い空間でも容易に塗布することができる。また、上記架橋性化合物は、アクリル樹脂などに比べて、硬化時における硬化収縮が小さいため、硬化時に光ファイバ２０に加わる曲げ変形を低減でき、得られる光コンバイナ１００から出射されるビームの品質悪化を抑制できる。

＜レーザ光源＞
次に、本発明のレーザ光源の実施形態について図８を参照しながら説明する。図８は、本発明のレーザ光源の一実施形態を示す概略図である。

図８に示すように、レーザ光源２００は、光コンバイナ１００と、光コンバイナ１００の第２ファイバ構造体１０２の光ファイバ素線２１から出射される光に基づいて特定の波長の光をレーザ光として出射させる光共振部２０１と、光コンバイナ１００の第１ファイバ構造体１０１の複数本の光ファイバ２０の光ファイバ素線２１の各々に励起光を入射させる励起光源Ｄ１～Ｄ７と、光共振部２０１からレーザ光として出射される光を出力する出力用ファイバ２０５とを備える。

このレーザ光源２００によれば、励起光源Ｄ１～Ｄ７から、光コンバイナ１００の第１ファイバ構造体１０１の複数本の光ファイバ２０の光ファイバ素線２１の各々に励起光が入射され、光コンバイナ１００の第２ファイバ構造体１０２の光ファイバ２０の光ファイバ素線２１から出射される光に基づいて特定の波長の光が光共振部２０１からレーザ光として出射され、このレーザ光が出力用ファイバ２０５から出力される。このとき、既に述べたように、光コンバイナ１００は、耐久性を向上させることが可能となる。従って、レーザ光源２００の耐久性を向上させることも可能となる。

励起光源Ｄ１～Ｄ７は、励起光を出射するものであればよく、励起光源Ｄ１～Ｄ７としては、例えばレーザダイオード等を用いることができる。

光共振部２０１は、増幅用光ファイバ２０２と、その一端に設けられる第１反射部２０３と、その他端に設けられる第２反射部２０４とを備えている。第１反射部２０３は、入力部２０１Ａにて光コンバイナ１００の第２ファイバ構造体１０２の光ファイバ２０に接続され、第２反射部２０４は、出力部２０１Ｂにて出力用ファイバ２０５に接続されている。光共振部２０１では、入射された励起光により自然放出光が発生し、発生した自然放出光のうち第１反射部２０３及び第２反射部２０４によって選択的に反射された特定の波長の光を種として光の誘導放出が起こり、この誘導放出が繰り返されることで特定の波長の光がレーザ光として出力される。

第１反射部２０３及び第２反射部２０４は、例えばファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）等で構成されている。

増幅用光ファイバ２０２は、希土類元素添加光ファイバで構成される。希土類元素は、特に制限されるものではないが、希土類元素としては、例えばイッテルビウム（Ｙｂ）などが用いられる。

なお、励起光源Ｄ１～Ｄ７の数は、７個となっているが、７個に限定されるものではない。光コンバイナ１００の第１ファイバ構造体１０１に含まれる光ファイバ２０の本数に応じて適宜変更が可能である。

＜レーザ装置＞
次に、本発明のレーザ装置の実施形態について図９を参照しながら説明する。図９は、本発明のレーザ装置の一実施形態を示す概略図である。

図９に示すように、レーザ装置３００は、複数のレーザ光源Ｌ１～Ｌ７と、複数のレーザ光源Ｌ１～Ｌ７から入射されるレーザ光を結合して出力する光コンバイナ１００と、光コンバイナ１００の第２ファイバ構造体１０２の光ファイバ２０に接続部３０２にて接続される出力用ファイバ３０１とを備えている。

このレーザ装置３００によれば、複数のレーザ光源Ｌ１～Ｌ７からレーザ光が光コンバイナ１００の第１ファイバ構造体１０１に入射され、結合されて第２ファイバ構造体１０２の光ファイバ２０から出射され、この出射光が出力用ファイバ３０１から出力される。このとき、光コンバイナ１００は、既に述べたように、耐久性を向上させることが可能となる。従って、レーザ装置３００の耐久性を向上させることも可能となる。

上記レーザ装置３００においては、レーザ光源Ｌ１～Ｌ７は、レーザ光源であればいかなるものでもよく、レーザ光源Ｌ１～Ｌ７としては、例えばレーザダイオード、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ、上述したレーザ光源２００などが挙げられる。中でも、レーザ光源Ｌ１～Ｌ７は、上述したレーザ光源２００からなることが好ましい。この場合、レーザ光源２００の出力用ファイバ２０５が光コンバイナ１００の第１ファイバ構造体１０１の光ファイバ２０と接続される。

この場合、レーザ光源Ｌ１～Ｌ７が上述したレーザ光源２００からなり、耐久性を向上させることが可能な光コンバイナ１００を有する。このため、レーザ装置３００は、より耐久性を向上させることが可能となる。

本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば上記実施形態では、第１固定部３０及び第２固定部３０が封止部４０に接着されているが、図１０に示す光コンバイナ４００のように、第１固定部３０及び第２固定部３０はそれぞれ封止部４０から離間していてもよい。

また、上記実施形態では、第１ファイバ構造体１０１の封止部４０及び第２ファイバ構造体１０２の封止部４０がいずれも収容部１０に固定されているが、第１ファイバ構造体１０１の封止部４０及び第２ファイバ構造体１０２の封止部４０のいずれか一方、又は両方が収容部１０に固定されていなくてもよい。

さらに、上記実施形態では、第１固定部３０及び第２固定部３０が収容部１０に対して封止部４０よりも大きい接着強度を有するが、第１固定部３０及び第２固定部３０は、収容部１０に対して封止部４０以下の接着強度を有していてもよい。

また、上記実施形態では、第１固定部３０及び第２固定部３０は省略されてもよい。

さらに、上記実施形態では、光コンバイナ１００が収容部１０を有しているが、収容部１０は省略されてもよい。

また、上記実施形態では、封止部４０が、収容溝１１の底面１１ａ及び２つの側面１１ｂに接着されているが、収容溝１１の底面１１ａには接着されていなくてもよく、収容溝１１から離間していてもよい。あるいは、封止部４０は、底面１１ａにのみ接着され、側面１１ｂには接着されていなくてもよい。

１０…収容部
２０Ａ…第１ファイバ構造体の素線露出部の端面
２０Ｂ…第２ファイバ構造体の素線露出部の端面
２１…光ファイバ素線
２１ａ…コア
２１ｂ…クラッド
２２…被覆
３０…第１固定部、第２固定部
４０…封止部
１００，４００…光コンバイナ
１０１…第１ファイバ構造体
１０２…第２ファイバ構造体
２００…レーザ光源
２０１…光共振部
３００…レーザ装置
３０１…出力用ファイバ
１０１Ａ，１０２Ａ…被覆部
１０１Ｂ，１０２Ｂ…素線露出部
Ｂ１，Ｂ２…被覆部と素線露出部との境界
Ｄ１～Ｄ７…励起光源
Ｌ１～Ｌ７…レーザ光源

Claims (9)

1. 第１ファイバ構造体と、第２ファイバ構造体と、前記第１ファイバ構造体及び前記第２ファイバ構造体を収容する収容部とを備える光コンバイナであって、
   前記第１ファイバ構造体及び前記第２ファイバ構造体が、
   被覆部と、
   前記被覆部に隣接する素線露出部とを有し、
   前記被覆部が、光ファイバ素線と、前記光ファイバ素線を被覆する被覆とを有し、
   前記素線露出部が、露出された光ファイバ素線からなるファイバ構造体であって、
   前記被覆部と前記素線露出部との境界を覆う封止部を備え、
   前記封止部が、下記式（１）で表される構造を有するフッ素樹脂を含む、ファイバ構造体からなり、
   前記第１ファイバ構造体においては、前記被覆部及び前記素線露出部が複数本の前記光ファイバ素線を有し、
   前記第２ファイバ構造体においては、前記被覆部及び前記素線露出部が１本の前記光ファイバ素線を有し、
   前記第１ファイバ構造体の前記素線露出部の端面と、前記第２ファイバ構造体の前記素線露出部の端面とが融着接続され、
   前記第１ファイバ構造体の前記封止部が前記収容部に固定され、前記第２ファイバ構造体の前記封止部が前記収容部に固定されている、光コンバイナ。
   

   

   （前記式（１）中、Ｒは、二価の有機フッ素化合物基を表し、ｎは１以上の整数を表す。）
2. 前記二価の有機フッ素化合物基が、下記式（Ａ）で表される、請求項１に記載の光コンバイナ。
   －Ｒ^５－Ｏ－ （Ａ）
   （前記式（Ａ）中、Ｒ^５は、炭素数１～５のフッ化アルキレン基を表す。）
3. 前記フッ化アルキレン基が、－ＣＦ_２－ＣＦ（ＣＦ_３）－、－ＣＦ_２－、－ＣＦ_２－ＣＦ_２－又は－ＣＦ_２－ＣＦ_２－ＣＦ_２－である、請求項２に記載の光コンバイナ。
4. 前記光ファイバ素線が、コアと、前記コアを包囲するクラッドとを有し、
   前記封止部の屈折率が、前記クラッドの屈折率よりも小さい、請求項１～３のいずれか一項に記載の光コンバイナ。
5. 前記封止部のヤング率が１０ＭＰａ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の光コンバイナ。
6. 前記第１ファイバ構造体を前記収容部に固定する第１固定部と、
   前記第２ファイバ構造体を前記収容部に固定する第２固定部とをさらに備え、
   前記第１ファイバ構造体においては、前記第１固定部が前記封止部と接着され、
   前記第２ファイバ構造体においては、前記第２固定部が前記封止部と接着され、
   前記第１固定部及び前記第２固定部が、前記収容部に対して前記封止部よりも大きい接着強度を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の光コンバイナ。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の光コンバイナと、
   前記光コンバイナの前記第２ファイバ構造体の前記光ファイバ素線から出射される光に基づいて特定の波長の光をレーザ光として出射させる光共振部と、
   前記光コンバイナの前記第１ファイバ構造体の複数本の前記光ファイバ素線の各々に励起光を入射させる励起光源と、
   を備える、レーザ光源。
8. 複数のレーザ光源と、
   前記複数のレーザ光源から入射されるレーザ光を結合して出射させる光コンバイナとを備え、
   前記光コンバイナが、請求項１～６のいずれか一項に記載の光コンバイナからなる、レーザ装置。
9. 前記レーザ光源が請求項７に記載のレーザ光源からなる、請求項８に記載のレーザ装置。

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