JPH1123867A

JPH1123867A - ファイババンドル及びファイババンドルの製造方法

Info

Publication number: JPH1123867A
Application number: JP9173410A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sekiguchi; 宏関口
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の単一横モードのレーザ光を狭い範囲に
集中できるように光ファイバを束ねる。【解決手段】ファイババンドル１００は、２重クラッ
ド型ファイバレーザ装置に用いるための１６本のファイ
バの一端が束ねられている。ファイバが分離されている
分離部１０１側の入射端に励起光１０が入射され、ファ
イバが束ねられているバンドル部１０２側の出射端から
レーザ光１０ａが出力される。バンドル部１０２は、出
射端におけるコアの間隔が、伝搬されるレーザ光の横モ
ードが互いに影響し合わない範囲で微少となるように束
ねられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数の光ファイバを
束ねたファイババンドル及びファイババンドルの製造方
法に関し、特にコア同士が狭い間隔で束ねられたファイ
ババンドル及びそのようなファイババンドルの製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信またはレーザ加工分野では、より
高出力でより安価なレーザ装置の開発が望まれている。
この要請を満たせる可能性の高いものとして、光ファイ
バレーザ装置が知られている。

【０００３】光ファイバレーザ装置は、コア径並びに、
コアとクラッドの屈折率差などを適切に選定することで
比較的簡単にレーザ発振の横モードを単一にすることが
できる。また、光を高密度に閉じ込めることで、レーザ
活性物質と光との相互作用を高められる。さらに、光フ
ァイバの長さを長くすることで相互作用を大きく取れる
ので、高い効率で高品質のレーザ光を発生させることが
できる。このような優れた性質を有するため、光ファイ
バレーザ装置を用いれば、レーザ出力の強弱や熱や振動
などに影響されない横モードをもった質の良いレーザ光
を比較的安価に得ることができる。

【０００４】ここで、光ファイバレーザ装置のさらなる
高出力化または高効率化を実現するには、光ファイバの
レーザ活性イオンまたは色素、その他の発光中心（以
下、「レーザ活性物質」という）の添加領域（通常はコ
ア部）に効率よく励起光を導入する必要がある。ところ
が、通常、単一モードの導波条件を満たすようにコア径
を設定すると、そのコア径は十数μｍ以下に限定され
る。そのため、コア径内に効率よく励起光を導入するの
は一般的に困難である。これを克服する手段として、い
わゆる２重クラッド型ファイバレーザが提案されている
（例えば、「H.Zellmer,U.Willamowski,A.Tunnermann,a
nd H.Welling,Optics Letters. Vol.20,No.6,pp.578-58
0,March,1995. 」に記載されている）。

【０００５】２重クラッド型ファイバレーザは、コア部
の周りに、コアより屈折率の低い第１クラッドを設け、
その外側にさらに屈折率の低い第２クラッドを設けたも
のである。これにより、第１クラッドに導入された励起
光は、第１クラッドと第２クラッドとの屈折率の差によ
る全反射により、第１クラッドに閉じ込められた状態を
保ちながら伝搬する。この伝搬の際に、励起光はコアを
繰り返し通過し、コアに含まれるレーザ活性物質を励起
することになる。この２重クラッド型ファイバレーザで
あれば、励起光は、第１のクラッド部に導入すればよ
い。しかも、第１クラッドは、コアよりも数百から千倍
程度の断面積を有する。そのため、より多くの励起光を
導入することが可能となり、高出力化が図れる。

【０００６】このように、２重クラッド型ファイバレー
ザは、発振効率が高く、また発振横モードが単一でしか
も安定であるという利点を持つため、微細な切断や微細
な溶接等の加工用レーザとしての高い能力を有してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、２重クラッ
ド型ファイバレーザは、コア部でのブリリュアン散乱や
ラマン散乱といった非線型効果による損失の増大やコア
部の強力な光による損傷によって、そのレーザ出力が制
限されるという欠点がある。現在入手可能なコア材料で
は、２重クラッド型ファイバレーザの出力は数十Ｗから
百数十Ｗに制限されている。

【０００８】この欠点を克服するために直感的に発想さ
れる手段として、「コア径の拡大」が挙げられるが、フ
ァイバレーザのコア径を拡大すると、レーザ発振の横モ
ードが多モード化するという問題が生じる。多モード化
すると、ファイバレーザの利点の１つである横モードの
安定性が失われることになる。すると、出力の強弱やフ
ァイバーのわずかな振動や形状の変化によって、そのレ
ーザ出力の横モードが変化してしまう。その結果、例え
ばレーザ加工では、集光点での光の強度分布が不安定に
なるという問題が生じる。

【０００９】そこで、２重クラッド型ファイバレーザの
欠点を補う別の方法として、ファイババンドル（ファイ
バの束）を用いることが考えられる。単一横モードのフ
ァイバレーザを複数本束ねれば、束ねた本数分だけ出力
を増やすことができるからである。

【００１０】しかし、単一横モードのファイバレーザを
単純に複数本束ねた場合、コアに比べて遥かに大きいク
ラッド部（直径で約１００倍）がそれぞれのコア部に付
いているため、発光点であるコアが広い空間内に点在す
る形となって、輝度は低下してしまうという問題点があ
る。

【００１１】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、複数の単一横モードのレーザ光を狭い範囲に
集中できるように光ファイバを束ねたファイババンドル
を提供することを目的とする。

【００１２】また、本発明の他の目的は、複数の光ファ
イバのコアを微少間隔で束ねることのできるファイババ
ンドルの製造方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、複数の光ファイバの少なくとも一端が束
ねられたファイババンドルにおいて、レーザ光の出射端
では、伝搬するレーザ光の横モードが互いに影響しない
最低限の間隔をおいて近接して配置された複数のコア
と、前記複数のコアの周囲に設けられ、前記複数のコア
よりも低い屈折率のクラッドと、を有することを特徴と
するファイババンドルが提供される。

【００１４】このファイババンドルによれば、束ねられ
た光ファイバの入射端にレーザ光が入射されると、入射
されたレーザ光の横モードが互いに影響を及ぼし合うこ
となく、短い間隔で配置されたコアから出射される。

【００１５】また、本発明では上記課題を解決するため
に、複数の光ファイバの少なくとも一端が束ねられたフ
ァイババンドルの製造方法において、前記複数の光ファ
イバの端部から一定範囲内のクラッドを削り落し、前記
複数の光ファイバのクラッドが削り落とされた部分同士
を密着して固定することにより、複数の光ファイバを束
ねる、ことを特徴とするファイババンドルの製造方法が
提供される。

【００１６】この方法によってファイババンドルを製造
すれば、出射端におけるコア同士が高密度に配置された
ファイババンドルが作られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形
態のファイババンドルを示す図である。これは、２重ク
ラッド型ファイバレーザ装置に用いるためのファイババ
ンドル１００である。このファイババンドル１００は、
１６本のファイバの一端が束ねられている。

【００１８】ファイバが分離されている分離部１０１側
の入射端に励起光１０が入射され、ファイバが束ねられ
ているバンドル部１０２側の出射端からレーザ光１０ａ
が出力される。バンドル部１０２は、出射端におけるコ
アの間隔が、伝搬されるレーザ光の横モードが互いに影
響し合わない範囲で微少となるように束ねられている。
なお、ファイバから出射される光線の方向を揃える必要
があるため、出射端から１ｃｍ以内の範囲においては、
各コアは平行である。

【００１９】図２は、ファイババンドルの励起光の入射
端の拡大図である。１６本のファイバ１１０ａ〜１１０
ｐの中心には、コア１１１ａ〜１１１ｐがある。コア１
１１ａ〜１１１ｐには、レーザ活性物質がドープされて
いる。コア１１１ａ〜１１１ｐの周囲には第１クラッド
１１２ａ〜１１２ｐが設けられている。第１クラッド１
１２ａ〜１１２ｐは、コア１１１ａ〜１１１ｐよりも屈
折率が低い。第１クラッド１１２ａ〜１１２ｐの周囲に
は、第２クラッド１１３ａ〜１１３ｐが設けられてい
る。第２クラッド１１３ａ〜１１３ｐは、第１クラッド
１１２ａ〜１１２ｐよりも屈折率が低い。

【００２０】そして、ファイバ１１０ａに含まれるレー
ザ活性物質を励起するための励起光１１は第１クラッド
１１２ａに対して入射される。同様に、他のファイバの
第１クラッドにも励起光が入射される。

【００２１】図３は、ファイババンドルのレーザ光の出
射端の拡大図である。ファイババンドル１００の出射端
では、１６個のコア１１１ａ〜１１１ｐが、微少な間隔
で中央部に集中して配置されている。各コア１１１ａ〜
１１１ｐは、隣り合うコア同士のレーザ発振の横モード
が互いに影響しないような十分な間隔を確保し、かつ、
出来るだけ高密度に配置されている。

【００２２】ここで、横モードが影響し合わない距離
は、レーザ発振波長のエバネッセント波によって定めら
れる。エバネッセント波とは、コアを伝播するレーザ光
が、コアと第１クラッドの間で全反射する際に、第１ク
ラッド側へ漏れ出す光のことである。エバネッセント波
の強度は、コアと第１クラッドとの境界から離れるに従
い減少する。高いエネルギーのエバネッセント波が、隣
り合った別のコアに進入すると、レーザ光が互いに影響
を及ぼし合い、単一横モードの状態が崩れてしまう。

【００２３】そこで、単一横モードの状態を崩さないた
めには、コアと第１クラッドとの境界におけるエバネッ
セント波の強度を基準値とし、原則として、エバネッセ
ント波の強度が基準値の０．９倍に減衰する距離よりも
長い間隔でコア同士を隣接させる必要がある。ただし、
コアが隣接している領域（バンドル部１０２）の長さが
レーザ波長の１００００倍以内であれば、エバネッセン
ト波が基準値の０．９倍に減衰する距離よりも短い間隔
でコア同士が隣接していても、横モードが影響し合うこ
とはない。したがって、バンドル部１０２の長さをレー
ザ波長の１００００倍以内にすれば、コアをより接近さ
せることができる。この場合には、コア同士が密着して
いてもよい。

【００２４】また、コアの間隔が離れすぎていると、単
にファイバを束ねた場合と同様に、出射光が広い範囲に
点在してしまい、出射光の単位面積当たりの強度を上げ
ることができなくなってしまう。したがって、エバネッ
セント波の強度が基準値の０．０１倍となる距離よりも
短い間隔でコア同士が隣接していることが望ましい。

【００２５】図４は、コア間隔とモードの変化率との関
係を示す図である。この図では、横軸にコア間隔（μ
ｍ）を取り、縦軸にモードの変化率を取っている。ここ
で、モードの変化率は、コアが密着した状態を１とした
場合の発振横モードの強度変化率を示している。この図
から分かるように、モードの変化率は、コア間隔が１μ
ｍ以内の範囲ではコア間隔が広がるに従い急激に減少
し、コア間隔が２μｍになると発振横モードの強度変化
は微少なものとなる。そして、コア間隔が１２μｍ以上
離れれば、発振横モードの強度はほとんど変化しなくな
る。

【００２６】次に、本発明のファイババンドルの製造方
法について説明する。図５は、ファイババンドルの製造
工程の前半を示す図である。なお、この図では第１クラ
ッドと第２クラッドとの境界部分は図示していない。ま
た、以下の説明では、第１クラッドと第２クラッドとを
合わせて、単に「クラッド」と呼ぶこととする。〔Ｓ１〕ファイバ１１０ａを図示していないガラス製Ｖ
溝に接着剤を用いて固定し、ファイバのクラッド研削装
置であるダイシングソーに取り付ける。〔Ｓ２〕ダイシングソーを用いて、コア１１１ａから５
μｍの距離を残してクラッドを削り取る。〔Ｓ３〕工程Ｓ１，Ｓ２と同様の手順でクラッドを研削
したファイバ１１０ｂを、接着剤によってファイバ１１
０ａと接着する。〔Ｓ４〕コア１１１ｂから５μｍを残して、クラッドを
削り取る。〔Ｓ５〕工程Ｓ１，Ｓ２と同様の手順でクラッドを研削
したファイバ１１０ｃを、接着剤によってファイバ１１
０ｂと接着する。〔Ｓ６〕コア１１１ｃから５μｍを残して、クラッドを
削り取る。〔Ｓ７〕工程Ｓ１，Ｓ２と同様の手順でクラッドを研削
したファイバ１１０ｄを、接着剤によってファイバ１１
０ｃと接着する。

【００２７】これにより、１次元のファイバアレイを作
ることができる。そして、同様の１次元ファイバアレイ
を全部で４個作る。このように、クラッドの研削とファ
イバの接着とを交互に行うのは、クラッドを少しずつ研
削することにより、ファイバの機械的な強度を保ちなが
ら加工を進めるためである。

【００２８】図６は、ファイババンドルの製造工程の後
半を示す図である。この工程では、１次元ファイバアレ
イを基本として２次元ファイバアレイを作成する。〔Ｓ１１〕ファイバアレイ１００ａを図示していないガ
ラス製Ｖ溝に接着剤を用いて固定し、ダイシングソーに
取り付ける。〔Ｓ１２〕ダイシングソーを用いて、コア１１１ａ〜１
１１ｄから５μｍの距離を残してクラッドを削り取る。〔Ｓ１３〕工程Ｓ１１，Ｓ１２と同様の手順でクラッド
を研削したファイバアレイ１００ｂを、接着剤によって
ファイバアレイ１００ａと接着する。〔Ｓ１４〕コア１１１ｅ〜１１１ｈから５μｍを残し
て、クラッドを削り取る。〔Ｓ１５〕工程Ｓ１１，Ｓ１２と同様の手順でクラッド
を研削したファイバアレイ１００ｃを、接着剤によって
ファイバアレイ１００ｂと接着する。〔Ｓ１６〕コア１１１ｉ〜１１１ｌから５μｍを残し
て、クラッドを削り取る。〔Ｓ１７〕工程Ｓ１１，Ｓ１２と同様の手順でクラッド
を研削したファイバアレイ１００ｄを、接着剤によって
ファイバアレイ１００ｃと接着する。

【００２９】これにより、２重クラッド型のファイバの
出力側が２次元のファイバアレイとして束ねられる。こ
のようにして作成されたファイババンドルをファイバレ
ーザ装置に利用することにより、高出力のレーザ装置が
得られる。

【００３０】なお、上記の説明では、ファイバを束ねる
際に、接着剤で接着するものとしているが、ファイバ同
士を融着して束ねることもできる。また、上記の説明で
は、ファイバを１本ずつ束ねることで１次元ファイバア
レイを作成し、その１次元ファイバアレイを束ねて本発
明のファイババンドルを作成しているが、加工時の機械
的強度が問題とならない場合には、全てのファイバを細
く切削した後、それらを一度に束ねても良い。

【００３１】図７は、本発明のファイババンドルを用い
たレーザ装置を示す図である。このレーザ装置では、フ
ァイババンドル１００の励起光の入射端に、１６個のレ
ーザダイオード（以下「ＬＤ」という）２１が設けられ
ている。ＬＤ２１は、電源装置２０によって駆動され、
波長が０．８μｍの励起光１０を出力する。ＬＤ２１か
ら出力された励起光１０は、ファイババンドル１００内
の第１クラッドと第２クラッドの境界部分で全反射を繰
り返しながら、ファイバ内を伝搬する。そして、励起光
１０が伝搬の途中でコアを通過すると、レーザ光が励起
される。励起光のエネルギーは、出射端に達する前に全
てレーザ光に変換され、出射端からはレーザ光１０ａの
みが出力される。

【００３２】この装置から出力される１６本のレーザ光
１０ａは、レーザ出力の強弱や熱や振動あるいはファイ
バのわずかな変位などによってレーザ出力の横モードが
変化しない。つまり、極めて安定した横モードを有す
る。しかも、高密度に配置された複数のコアから出力さ
れているため、光ファイバレーザの上限と同程度の輝度
を有する。さらに、複数のレーザ光が束ねられて出射さ
れるため、１本の光ファイバレーザよりも格段に大きな
レーザ出力が可能である。

【００３３】ところで、上記の実施の形態では、コアが
縦と横に一直線に並んでいるが、配列を変えることによ
り、さらに高密度に束ねることができる。そのような実
施の形態を以下に説明する。

【００３４】図８は、本発明の第２の実施の形態のファ
イババンドルを示す図である。この図は、レーザ光の出
射端を示している。このファイババンドル３０は、図中
の左から１列目に、３つのコア３１ａ〜３１ｃが縦に並
んでいる。その右側の２列目に、４つのコア３１ｄ〜３
１ｇが縦に並んでいる。２列目のコア３１ｄ〜３１ｇの
間隔は、１列目のコア３１ａ〜３１ｃの間隔と同じであ
り、２列目の最上部のコア３１ｄと最下部のコア３１ｇ
の中点が、１列目の中央のコア３１ｂと同じ高さにな
る。

【００３５】同様に、３列目には５つのコア３１ｈ〜３
１ｌが配置され、４列目には４つのコア３１ｍ〜３１ｐ
が配置され、５列目には３つのコア３１ｑ〜３１ｓが配
置されている。

【００３６】このようなファイババンドル３０の製造方
法を以下に説明する。なお、１次元のファイバアレイを
作成するまでの工程（図５に示す）は、第１の実施の形
態と同様であるため説明を省略する。

【００３７】図９は、本発明の第２の実施の形態の製造
工程を示す図である。〔Ｓ２１〕３つのファイバが束ねられた１次元のファイ
バアレイ３０ａを図示していないガラス製Ｖ溝に接着剤
を用いて固定し、ダイシングソーに取り付ける。〔Ｓ２２〕ダイシングソーを用いて、所定の位置を頂点
とし、頂角１２０度でクラッドを削り取る。〔Ｓ２３〕工程Ｓ２２と同様の手順で、クラッドの所定
の位置を削り取る。〔Ｓ２４〕４本のファイバを束ね、工程Ｓ２１、Ｓ２３
と同様の方法でクラッドを削り取った１次元のファイバ
アレイ３０ｂを、ファイバアレイ３０ａに接着する。〔Ｓ２５〕工程Ｓ２２，Ｓ２３と同様の手順で、クラッ
ドの所定の位置を削り取る。〔Ｓ２６〕５本のファイバを束ね、工程Ｓ２２、Ｓ２３
と同様の方法でクラッドを削り取った１次元のファイバ
アレイ３０ｃを、ファイバアレイ３０ｂに接着する。〔Ｓ２７〕以後同様に、４本のファイバを束ねたファイ
バアレイ３０ｄと、３本のファイバを束ねたファイバア
レイ３０ｅを順次接着する。

【００３８】これにより、出射端のコアがより高密度に
配置されたファイババンドルを作成することができる。
なお、以上の説明では、ファイバレーザに用いるための
２重クラッド型ファイバを直接束ねる場合について説明
したが、コアを近接させる部分とレーザ光を励起する部
分とを個別に作成してもよい。この場合、線引きによっ
て、出射端のコアを高密度に配列させることができる。
その例を第３の実施の形態として以下に説明する。

【００３９】図１０は、第３の実施の形態のファイババ
ンドルの製造工程の前半を示す図である。〔Ｓ３１〕まず、複数のプリフォーム（線引きする前の
ガラス母材）を接着剤で接着（若しくは融着）すること
により単純に束ね、ファイババンドル４０を作る。な
お、このプリフォームは、２重クラッド型ではなく、レ
ーザ光を伝搬するコアとその周囲に設けられたクラッド
とからなる。また、コアには、レーザ励起用の材料はド
ープされていない。このファイババンドル４０の両側の
端面４１，４２は、同じ大きさである。〔Ｓ３２〕ファイババンドル４０の一端を線引きする。
これにより、ファイババンドル４０が、端面４１から端
面４２にかけて徐々に細くなり、端面４２は縮小され
る。

【００４０】図１１は、第３の実施の形態のファイババ
ンドルの製造工程の後半を示す図である。〔Ｓ３３〕コアにレーザ活性物質がドープされた２重ク
ラッド型のファイバを束ねたファイババンドル５０を用
意する。このファイババンドル５０の端面５１に、ファ
イババンドル４０の端面４１を合致させ、２つのファイ
ババンドルを接続する。接続は、接着、融着、突き合わ
せなど、既存の光ファイバ接続技術で行う。

【００４１】これにより、第２の実施の形態と同様の機
能を有するファイババンドルが、線引きによって作成で
きる。このように、線引きによって複数のコアを近接さ
せることにより、高出力で輝度の高い単一横モードのレ
ーザ光を発生させるためのファイババンドルを容易に作
成することができる。

【００４２】なお、上記の各実施の形態における製造方
法の説明では、ファイバの端部から一定の領域に対して
切削などの加工を行うことで本発明に係るファイババン
ドルを製造したが、これらの加工処理をファイバの中間
部分に対して行ってもよい。すなわち、ファイバの中間
部分を研削若しくは引き伸ばしにより束ねてバンドル化
する。そして、束ねた部分の中央付近で切断すれば、本
発明のファイババンドルを２本同時に作成できる。

【００４３】次に、単にファイバを束ねた場合と、上記
実施の形態のような本発明のファイババンドルを用いた
場合とのファイバレーザ装置における輝度の違いについ
て考察する。

【００４４】いま、コア径１０μｍ（単一横モード）、
第１クラッド径９００μｍ、第２クラッド径１０００μ
ｍのレーザ媒体を用いた２重クラッド型ファイバレーザ
装置を考える。このファイバレーザ装置では、ＬＤで励
起したレーザ光を、励起光として２重クラッド型ファイ
バに入射する。ＬＤで励起して、非線形効果により損失
が顕著にならない上限の出力として１５０Ｗが得られて
いる場合、その輝度Ｐ１は、

【００４５】

【数１】Ｐ１＝１５０Ｗ／７．８５×１０^-7＝約１９１ＭＷ／ｃｍ² ・・・・（１）となる。

【００４６】このような単一横モードのファイバレーザ
を単純に複数本束ねたレーザ装置の輝度Ｐ２は、以下の
ようになる。図１２は、複数のファイバを単純に束ねた
ファイババンドルのレーザ光の出射端を示す図である。
この図に示すファイババンドル６０は、１９本のファイ
バ６１が束ねられている。各ファイバ６１は、中心にコ
アが設けられている。コアの直径は１０μｍほどであ
る。コアの周りには、直径は９００μｍの第１クラッド
が設けられている。第１クラッドの周りには、直径１ｍ
ｍ（１０００μｍ）の第２クラッドが設けられている。

【００４７】図のように１９本のファイバ６１を配置す
れば、レーザ出力はファイバ一本の場合の１９倍の２．
８５ｋＷ得られるが、発光領域６２の直径は約４ｍｍと
なる。したがって、その輝度Ｐ２は、

【００４８】

【数２】Ｐ２＝出力／発光領域の面積＝１５０Ｗ×１９／１．２５６×１０^-1＝約２２．７ｋＷ／ｃｍ² ・・・・（２）である。

【００４９】この結果を、式（１）の結果と比べれば分
かるように、ファイバ一本の場合に比べて、輝度は著し
く低下してしまう。つまり、レーザ加工に重要な集光性
が大幅に低下したことを意味する。この理由は、単一横
モードのファイバレーザを単純に束ねた場合、平均出力
は束ねた本数分だけ増やすことができるが、コアに比べ
て遥かに大きいクラッド（直径で１００倍）がそれぞれ
のコアに付いているため、発光点であるコアが広い空間
に点在する形となるからである。

【００５０】そこで、本願発明のファイババンドルによ
り出力１５０Ｗのファイバを束ねた場合を考える。図１
３は、本発明に係るファイババンドルのレーザ光の出射
端におけるコアの配置を示す図である。この図に示すフ
ァイババンドル７０は、コア径１０μｍの１９本のコア
７１が、１０μｍ間隔で配置されている。すると、１９
本のレーザ光の発光領域７２の直径は、９０μｍとな
る。

【００５１】すると、レーザ出力はファイバ一本の場合
の１９倍の２．８５ｋＷ得られ、平均の輝度Ｐ３は、

【００５２】

【数３】Ｐ３＝出力／発光領域の面積＝１５０Ｗ×１９／６．３５８５×１０^-5＝約４５ＭＷ／ｃｍ² ・・・・（３）である。したがって、単純にファイバを束ねた場合に比
べ、平均の輝度が非常に高くなっている。

【００５３】このようなレーザ装置を、レーザ加工装置
に用いることにより、高精度の加工を高速に行うことが
可能となる。本発明のファイババンドルによる光ファイ
バレーザ装置をレーザ加工装置に用いる場合、ファイバ
バンドルのレーザ光の出力側には、加工ヘッドが設けら
れる。加工ヘッド内には集光レンズが設けられ、レーザ
光をワーク上で集光させることができる。また、加工ヘ
ッドには補助ガスが導入されており、加工ヘッドの先端
から補助ガスが噴出するように構成されている。補助ガ
スには、酸化を防止するシールドガスや、発生するプラ
ズマを除去するプラズマ処理ガスなどが用いられる。ま
た、レーザ加工装置には、ワークを載せる台とその台を
移動させるサーボモータが設けられている。そして、レ
ーザ出力やワークの位置などを数値制御装置などで制御
することにより、精密な加工を行うことができる。

【００５４】

【実施例】以下に、図１に示した第１の実施の形態を具
体化したファイババンドルの実施例について説明する。

【００５５】ここでは、コア径１０μｍ、第１クラッド
径９００μｍ、第２クラッド径１０００μｍ、長さ５０
ｍの２重クラッド型ファイバを１６本用いて、ファイバ
バンドルを作成した。ファイバのコアには、０．５ａｔ
％の濃度でＮｄ³⁺イオンをドープした。ファイバの母材
には、石英系ガラスを用いた。

【００５６】励起光の入射端は、励起光が効率よく入力
されるように平面研磨され、励起光０．８μｍにおいて
透過率９５％以上、レーザ発振波長１．０６μｍにおい
て反射率９８％以上の多層膜コートが施されている。レ
ーザ光の出射端ではファイバが束ねられ、コアが１０μ
ｍの間隔で配置されている。

【００５７】なお、図１においては、便宜上ファイバの
全長を短く描いているが、実際には１本５０ｍの長さが
ある。そして、光ファイバは周知のように柔軟性に優れ
ているため、図示していない直径約２０ｃｍのボビンに
巻き付ける構造とした。

【００５８】このレーザバンドルを用いた装置に、発振
波長０．８μｍ、出力２０ＷのＬＤを１６個用いて励起
させたところ、波長１．０６μｍで出力１２０Ｗという
レーザ光が得られた。

【００５９】このレーザ装置の出力を焦点距離５０ｍｍ
のレンズ系で集光したところ、直径５０μｍ以内に出力
の９０％以上のエネルギーが集光できた。一般的な大出
力ＹＡＧ(Yttrium Alminium Garnet) レーザの集光径
が、同様の条件で５００μｍ以上であるから、集光径は
１／１０以下である。集光点でのエネルギー密度は、集
光点の面積に反比例するので、一般的な大出力ＹＡＧレ
ーザに比べて１００倍以上のエネルギー密度を発生させ
ることが出来る。しかも、このレーザ装置の集光径は、
レーザ出力や熱の状態によらず常に一定であるため、安
定したレーザ加工が可能である。

【００６０】なお、この例では、励起用に用意したＬＤ
が少なかったために１２０Ｗの出力しか得られなかった
が、この出力値はこのレーザ装置の限界ではない。励起
光の出力を上げればレーザ装置の出力をさらに挙げるこ
とができ、その上限は２ｋＷ以上であると考えられる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように本発明のファイババ
ンドルでは、レーザ光の出射端のコアを、レーザ発振の
横モードが互いに影響しない間隔をおいて近接させて配
置したため、このファイババンドルを光ファイバレーザ
装置に利用すれば、安定したレーザ加工が可能な横モー
ドを有し、かつ高輝度で大出力のレーザ光を得ることが
できる。

【００６２】また、本発明のファイババンドルの製造方
法では、クラッドを削った後にファイバを束ねるように
したため、レーザ光の出射端のコアを、レーザ発振の横
モードが互いに影響しない間隔をおいて近接させて配置
したファイババンドルを製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のファイババンドル
を示す図である。

【図２】ファイババンドルの励起光の入射端の拡大図で
ある。

【図３】ファイババンドルのレーザ光の出射端の拡大図
である。

【図４】コア間隔とモードの変化率との関係を示す図で
ある。

【図５】ファイババンドルの製造工程の前半を示す図で
ある。

【図６】ファイババンドルの製造工程の後半を示す図で
ある。

【図７】本発明のファイババンドルを用いたレーザ装置
を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態のファイババンドル
を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態の製造工程を示す図
である。

【図１０】第３の実施の形態のファイババンドルの製造
工程の前半を示す図である。

【図１１】第３の実施の形態のファイババンドルの製造
工程の後半を示す図である。

【図１２】単一モードファイバレーザのレーザ媒体を単
純に束ねたファイババンドルのレーザ光の出射端を示す
図である。

【図１３】本発明に係るファイババンドルのレーザ光の
出射端におけるコアの配置を示す図である。

【符号の説明】

１０励起光１０ａレーザ光１００ファイババンドル１０１分離部１０２バンドル部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光ファイバの少なくとも一端が束
ねられたファイババンドルにおいて、レーザ光の出射端では、伝搬するレーザ光の横モードが
互いに影響しない最低限の間隔をおいて近接して配置さ
れた複数のコアと、前記複数のコアの周囲に設けられ、前記複数のコアより
も低い屈折率のクラッドと、を有することを特徴とするファイババンドル。
【請求項２】前記複数のコアは、レーザ活性物質を含
んでいることを特徴とする請求項１記載のファイババン
ドル。
【請求項３】前記クラッドは、前記光ファイバが束ね
られていない部分では、前記複数のコアの周囲に設けら
れ、前記複数のコアよりも低い屈折率の第１クラッド
と、前記第１クラッドの周囲に設けられ、前記第１クラ
ッドよりも低い屈折率の第２クラッドとで構成されてい
ることを特徴とする請求項２記載のファイババンドル。
【請求項４】前記複数のコアは、レーザ光の出射端に
おいては、伝搬するレーザ光のエバネッセント波が、漏
れ出したエネルギーの０．９倍以下、０．０１倍以上の
強度に減衰するだけの間隔で配置されていることを特徴
とする請求項１記載のファイババンドル。
【請求項５】前記複数のコアは、端部からの距離が、
前記レーザ活性物質により励起されるレーザ光の波長の
１００００倍以内の領域において、前記レーザ光のエバ
ネッセント波が、漏れ出したエネルギーの０．９倍の強
度に減衰する距離よりも短い間隔で配置されていること
を特徴とする請求項１記載のファイババンドル。
【請求項６】複数の光ファイバの少なくとも一端が束
ねられたファイババンドルの製造方法において、前記複数の光ファイバの端部から一定範囲内のクラッド
を削り落し、前記複数の光ファイバのクラッドが削り落
とされた部分同士を密着して固定することにより、複数
の光ファイバを束ねる、ことを特徴とするファイババンドルの製造方法。
【請求項７】複数の光ファイバの少なくとも一端が束
ねられたファイババンドルの製造方法において、２本の光ファイバの端部から一定範囲内のクラッドを、
それぞれのコア同士を近接させるのに必要な量だけ削り
落し、クラッドが削り落とされた部分同士を固定して２
本の光ファイバを束ね、さらに束ねるべき光ファイバを順次１本ずつ選び、既に
束ねられている光ファイバと選ばれた光ファイバとの端
部から一定範囲内のクラッドを、コア同士を近接させる
のに必要な量だけ削り落とし、クラッドが削り落とされ
た部分同士を固定することにより、選ばれた光ファイバ
を順次束ねる、ことを特徴とするファイババンドルの製造方法。
【請求項８】複数の光ファイバの少なくとも一端が束
ねられたファイババンドルの製造方法において、複数の光ファイバの一端を束ね、束ねられた光ファイバの端部のコア間隔が縮小されるよ
うに、束ねられた光ファイバの端部を線引きする、ことを特徴とするファイババンドルの製造方法。