WO2013153734A1 - ファイバー部品及びレーザ装置 - Google Patents

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WO2013153734A1
WO2013153734A1 PCT/JP2013/001347 JP2013001347W WO2013153734A1 WO 2013153734 A1 WO2013153734 A1 WO 2013153734A1 JP 2013001347 W JP2013001347 W JP 2013001347W WO 2013153734 A1 WO2013153734 A1 WO 2013153734A1
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optical fiber
resin
light
fiber
coating resin
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PCT/JP2013/001347
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Inventor
仁志 西村
伊藤　秀明
同慶 長安
仁科　倫太郎
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パナソニック株式会社
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/2551—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding using thermal methods, e.g. fusion welding by arc discharge, laser beam, plasma torch
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/4296—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms

Definitions

  • the present invention relates to a fiber component having a connection portion used for a fiber laser device and a laser device using the same, and more particularly to heat dissipation of the fiber component.
  • a fiber laser is mostly composed of a thin optical fiber having a diameter of 1 mm or less, and a high-power laser propagates in the fiber.
  • the light is generated by mode conversion at the fusion connection of the optical fibers.
  • Optical fiber may generate heat and burn out. The heat generation and burnout of the optical fiber have become major problems as the output of the fiber laser is increased.
  • FIGS. 10A to 10D are cross-sectional views along the light propagation direction showing the structure of a general optical fiber having a core made of quartz.
  • FIGS. 10C and 10D are cross-sectional views of a plane perpendicular to the light propagation direction, showing the structure of a general optical fiber having a core made of quartz.
  • the core 201 through which laser light propagates is mainly quartz glass, and there is a resin layer on the outer side, and the inner coating resin 203 and the outer coating resin 204 are formed on the resin layer. ing.
  • the core 201 shown in FIGS. 10B and 10D is made of silica glass or quartz glass doped with an excitation medium, germanium or the like, and has a refractive index difference different from that of the cladding 202 mainly doped with quartz glass or quartz glass on the outside thereof. have. There is a resin layer on the outer side, and an inner coating resin 203 and an outer coating resin 204 are formed on the resin layer.
  • optical fiber in which the portion containing quartz glass as a component is three or more layers, but is not shown here.
  • FIGS. 10A and 10C are cross-sectional views showing the configuration and refractive index of a typical optical fiber.
  • the resin layer to be coated has various patterns due to the difference in refractive index between the inner coating resin 203 and the outer coating resin 204 as shown in the example of FIGS. 11A to 11C. Furthermore, although the resin coating may have three or more layers, it is not shown here.
  • the left side of FIG. 11A to FIG. 11C shows the refractive index, and the refractive index is higher toward the left side.
  • 12A to 12C illustrate an example of fusion splicing of optical fibers according to the prior art.
  • 12A, 12B and 12C are cross-sectional views showing the configuration of a fiber component according to the prior art.
  • FIG. 12A shows a fusion splice 206 in the case of one optical fiber. It is general to melt and fuse the core 201 after removing the coating resin before fusion and cutting the core 201 to a predetermined length (see, for example, Patent Document 1). . Therefore, the area around the fusion spliced portion 206 after fusion is not coated with resin.
  • the resin may be recoated because the strength is lowered.
  • An example is shown in FIG. 12B.
  • the part from which the coating resin in the vicinity of the fusion spliced portion 206 is removed is covered with the recoating resin 207 after fusion (see, for example, Patent Document 2).
  • a heat sink 208 is used which converts the leaked light into heat and dissipates the heat to the outside.
  • the heat dissipating connection portion 206 is covered with the heat dissipation plate 208 and the fusion connection portion 206 is fixed in the housing groove 209, and a recoating resin 207 made of a resin member transmitting light leaked from the fusion connection portion 206 is used. (See, for example, Patent Document 3).
  • the present invention provides a fiber component that suppresses the heat generation of the resin without recoating resin and does not burn out, and a laser device using the fiber component.
  • the fiber component of the present invention is a fiber component having a fusion splice of an optical fiber, and comprises a first optical fiber, a second optical fiber, and a fusion splice.
  • the first optical fiber is an optical fiber for propagating and transmitting light.
  • the second optical fiber is an optical fiber which is coated with a resin-coated portion made of at least two layers of resin and to which light propagates.
  • the fusion splice connects the first optical fiber and the second optical fiber.
  • the resin at the boundary between the resin-coated removed portion and the resin-coated portion from which a part of the coated resin of the second optical fiber is removed.
  • the outside of the resin of the innermost layer of the covering portion is exposed and has a portion not covered with the other covering resin.
  • the laser apparatus of the present invention is configured using the fiber component described above.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a fiber component in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing propagation of light in the fiber component in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view showing the shape of the optical fiber of the fiber component in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing another shape of the optical fiber of the fiber component in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a fiber component in Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the fiber component in the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view showing the configuration of the measurement system in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional fiber component used for comparison in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is a graph showing the temperature measurement results in the example of the present invention.
  • FIG. 8B is a graph showing the temperature measurement results in the example of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic configuration view showing an example of a laser apparatus using the fiber component in the first to third embodiments of the present invention.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view along the light propagation direction showing the structure of a general optical fiber having a core made of quartz.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view along the light propagation direction showing the structure of a general optical fiber having a core made of quartz.
  • FIG. 10C is a cross-sectional view of a plane perpendicular to the light propagation direction, showing another structure of a general optical fiber having a core made of quartz.
  • FIG. 10D is a cross-sectional view of a plane perpendicular to the light propagation direction, showing the structure of a general optical fiber having a core made of quartz.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view showing the configuration and refractive index of a general optical fiber.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view showing the configuration and refractive index of a general optical fiber.
  • FIG. 11C is a cross-sectional view showing the configuration and refractive index of a general optical fiber.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view showing the configuration of a fiber component according to the prior art.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view showing the configuration of a fiber component according to the prior art.
  • FIG. 12C is a cross-sectional view showing the configuration of a fiber component according to the prior art.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a fiber component in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing propagation of light in the fiber component in the first embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B are cross-sectional views showing the shape of the optical fiber of the fiber component in the first embodiment of the present invention.
  • first optical fibers a plurality of optical fibers (hereinafter referred to as "first optical fibers") 101A serving as a propagation source of the light 100 illustrated in FIG.
  • second optical fiber a layer-coated optical fiber
  • light 100 from a plurality of laser light sources is propagated through a plurality of optical fibers through respective optical fibers to obtain a large output laser beam, and the propagated light 100 is transmitted through a single optical fiber, for example, the second The optical fiber 102 of FIG.
  • the first optical fiber 101 ⁇ / b> A is connected to the second optical fiber 102 by the fusion splice 6.
  • the second optical fiber 102 includes a core 1 through which light 100 propagates, an inner coating resin 3 and an outer coating resin 4 and has a coating resin of two-layer coating of inner and outer.
  • an inner coating resin exposed portion (hereinafter referred to as “exposed portion”) 5A, which is a portion where the inner coating resin 3 is not covered by the outer coating resin 4, is configured over a predetermined dimension.
  • the tip is the outer coating resin end 5B which is the portion where the coating of the outer resin starts.
  • the light 100 propagates from a first optical fiber 101A composed of a plurality of optical fibers to a second optical fiber 102 which is a single optical fiber with a two-layer coating.
  • the second optical fiber 102 uses the refractive index profile shown in FIG. 11B.
  • the refractive index of the coating resin 3 on the inner side is lower than the refractive index of the core 1, so the light in the core 1 is mostly at the interface.
  • the transmission efficiency is high because the light is totally reflected to propagate in the core 1.
  • the diameter of the core 1 of the first optical fiber 101A which is the left side of the fusion splice 6 is about 105 ⁇ m
  • the diameter of the core 1 of the second optical fiber 102 which is the right side of the fusion splice 6 is 200 ⁇ m.
  • the cross-sectional area of the core 1 of the first optical fiber 101 ⁇ / b> A configured of a plurality of optical fibers decreases as it approaches the fusion splice 6. For example, when seven first optical fibers 101A are connected to the second optical fiber 102, the diameter of the core 1 of the first optical fiber 101A is reduced to, for example, about 67 ⁇ m or less.
  • the diameter of the core 1 of the first optical fiber 101A is reduced to, for example, about 93 ⁇ m or less. Furthermore, when the number of the first optical fibers 101A is nineteen, the diameter of the core 1 of the one first optical fiber 101A in the fusion spliced portion 6 is reduced to, for example, about 40 ⁇ m or less. Furthermore, when the number of first optical fibers 101A is 37, the diameter of the core 1 of one first optical fiber 101A in the fusion spliced portion 6 is reduced to, for example, about 29 ⁇ m or less.
  • the diameter of the core 1 of the first optical fiber 101A in the fusion splice 6 is set according to the diameter of the core 1 of the second optical fiber 102.
  • the relationship between the number of first optical fibers 101A in the fusion splice 6 and the ratio of the core 1 diameter of the first optical fiber 101A to the diameter of the core 1 of the second optical fiber 102 (hereinafter referred to as diameter ratio) is as follows Is preferred.
  • first optical fibers 101A is three, 46% or less, if four, 41% or less, if seven, 33% or less, 19 if 20% or less, 37 if 14 A diameter ratio of 11% or less for 61% or less, 9% or less for 91 pieces is preferable.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the second optical fiber 102 showing the state of propagation of the light 11 leaked at the exposed portion 5A of the second optical fiber 102.
  • the light 100 whose state has been changed at the fusion spliced portion 6 leaks from the core 1 to the inner coating resin 3 at the exposed portion 5A which is a portion not covered with the outer coating resin 4.
  • the exposed portion 5A which is a characteristic configuration of the first embodiment, a part of the leaked light 11 escapes from the inner covering resin 3 to the outside. As a result, the amount of leaked light 11 propagating through the inner coating resin 3 is reduced, and as a result, the amount by which the leaked light 11 is absorbed by the coating resin 3 is reduced. The exothermic temperature can be lowered.
  • the amount of light 11 which is leaked is absorbed by the coating resin 4 on the outer side and reduced to heat, and the heat generation temperature at the resin portion can be lowered.
  • the exposed part 5A which is a part which is not covered by the outer side coating resin 4 of the inner side coating resin 3 has the same effect, even if the thickness of the inner side coating resin 3 is thin as shown to FIG. 3A.
  • the removal of the outer coating resin 4 may be sufficiently performed to remove some of the inner coating resin 3 as well.
  • the structure of the second optical fiber 102 may be formed so that the removal of the outer coating resin 4 is tapered along with the inner coating resin 3. Even in this case, the same effect can be obtained if there is a portion where the inner coating resin 3 is not covered by the outer coating resin 4.
  • the covering removal operation of providing the exposed portion 5A can be easily performed, and the length of the exposed portion 5A can be controlled by the inclination of the taper shape.
  • the adhesion of the portion where the inner coating resin 3 starts covering the core 1 is good, and it is more effective in that it is easy to prevent the light 11 leaking from the core 1 from being concentrated at a specific location.
  • the fiber component of the first embodiment is a fiber component having the fusion spliced portion 6 of the optical fiber, and comprises the first optical fiber 101A, the second optical fiber 102, and the fusion spliced portion 6 ing.
  • the first optical fiber 101A is an optical fiber that propagates and transmits the light 100.
  • the second optical fiber 102 is an optical fiber to which the light 100 propagates, which is coated on a resin-coated portion made of at least two layers of resin.
  • the fusion splice 6 connects the first optical fiber 101A and the second optical fiber 102.
  • the resin-coated removal portion and the resin-coated portion from which a part of the resin coated by the second optical fiber 102 is removed in the boundary portion of the resin coating portion, the outside of the resin of the innermost layer of the resin-coated portion is exposed and has a portion not covered with the other coating resin.
  • At least one of the first optical fiber 101A and the second optical fiber 102 may be configured by bundling a plurality of fibers. With this configuration, it is possible to emit a laser beam of high output as the output light.
  • cross-sectional shape of the resin on the innermost layer at the boundary may be tapered.
  • a holding member such as a hollow glass tube (not shown). That is, a configuration may be adopted in which a holding member for protecting the fusion spliced portion 6 is provided. According to this configuration, practical strength can be obtained without using the recoating resin, and the heat generation of the optical fiber can be stably prevented without damage to the recoating.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a fiber component in Embodiment 2 of the present invention.
  • a configuration will be described in which one fiber is fusion-bonded to both the propagation source and the propagation destination of the light 100.
  • a first optical fiber 101B which is a single optical fiber from which a light 100 of a two-layer coating is propagated
  • a second optical fiber which is a propagation destination of a light 100 of a two-layer coating.
  • the optical fiber 102 is connected by the fusion splice 6.
  • the light 100 propagates from the first optical fiber 101 B to the second optical fiber 102.
  • the second optical fiber 102 includes a core 1 through which light 100 propagates, an inner coating resin 3, and an outer coating resin 4.
  • an exposed portion 5A which is a portion where the inner coating resin 3 is not covered with the outer coating resin 4 over a predetermined dimension, is formed in the first optical fiber 101B and the second optical fiber 102, respectively.
  • the end is an outer coating resin end 5B which is a portion where the coating of the outer resin starts as shown in FIG.
  • the light 100 propagates from the first optical fiber 101 B from which the light 100 is propagated to the second optical fiber 102.
  • the second optical fiber 102 is the same as the first embodiment in that it uses the one of the refractive index profile shown in FIG. 11B.
  • the optical fiber having the refractive index profile shown in FIG. 11B is prone to burnout because most of the light 11 leaked from the core 1 propagates on the inner coating resin 3 and the leaked light 11 is absorbed by the resin and generates heat.
  • the exposed portion 5A is provided as in the first embodiment described above.
  • a part of the light 11 leaked from the core 1 to the inner coating resin 3 escapes from the inner coating resin 3 to the outside, so the light propagating through the inner coating resin 3 is reduced.
  • the amount of absorption of the light 11 leaked by the coating resin 3 is reduced, so the heat generation temperature at the resin portion can be lowered.
  • the fiber component of the second embodiment is a fiber component having the fusion spliced portion 6 of the optical fiber, and comprises the first optical fiber 101 B, the second optical fiber 102, and the fusion spliced portion 6.
  • the first optical fiber 101 B is an optical fiber that propagates and transmits the light 100.
  • the second optical fiber 102 is an optical fiber to which the light 100 propagates, which is coated on a resin-coated portion made of at least two layers of resin.
  • the fusion splice 6 connects the first optical fiber 101 B and the second optical fiber 102.
  • the resin-coated removal portion and the resin-coated portion from which a part of the resin coated by the second optical fiber 102 is removed in the boundary portion of the resin coating portion, the outside of the resin of the innermost layer of the resin-coated portion is exposed and has a portion not covered with the other coating resin.
  • the amount of light 11 which is leaked is absorbed by the coating resin 4 on the outer side and reduced to heat, the heat generation temperature at the resin portion can be lowered.
  • the exposed part 5A which is a part which is not covered by the outer side coating resin 4 of the inner side coating resin 3 has the same effect, even if the thickness of the inner side coating resin 3 is thin as shown to FIG. 3A.
  • the removal of the outer coating resin 4 may be sufficiently performed to remove some of the inner coating resin 3 as well.
  • the removal of the outer coating resin 4 may be performed to be tapered along with the inner coating resin 3, and the inner coating resin 3 is not covered by the outer coating resin 4. If there is a part, it plays the same effect.
  • This configuration makes it easy to carry out the work of removing the cover by providing the exposed portion 5A, and the length of the exposed portion 5A can be controlled by the inclination of the taper shape. Also, the adhesion of the portion where the inner coating resin 3 starts covering the core 1 is good, and it is more effective in that the light 11 leaking from the core 1 can be easily prevented from being concentrated at a specific location.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the fiber component in the third embodiment of the present invention.
  • a configuration in which one optical fiber is fusion spliced to both the propagation source and the propagation destination of the light 100 and the vicinity of the fusion spliced portion 6 is recoated with a resin will be described.
  • the first optical fiber 101C which is a single optical fiber from which light 100 is propagated
  • the second optical fiber 102 which is a single optical fiber to which light 100 having a two-layer coating propagates And the fusion splice 6 are connected.
  • the light 100 propagates from the first optical fiber 101 C to the second optical fiber 102.
  • the second optical fiber 102 includes a core 1 through which light 100 propagates, an inner coating resin 3, and an outer coating resin 4.
  • an exposed portion 5A which is a portion which is not covered with the outer coating resin 4 in the inner coating resin 3 over a predetermined dimension, is formed in the second optical fiber 102.
  • a portion adjacent to the exposed portion 5A is an outer coating resin end 5B which is a portion where the coating of the outer resin starts.
  • the light 100 propagates from the first optical fiber 101 C from which the light 100 is propagated to the second optical fiber 102.
  • the second optical fiber 102 is the same as Embodiments 1 and 2 described above in that it uses the one with the refractive index profile shown in FIG. 11B.
  • the light 100 transmitted by the fusion splice 6 may leak somewhat from the core 1.
  • the light 100 whose state has been changed by the fusion spliced portion 6 or the like escapes as scattered light 11 in the portion of the recoating resin 7 as scattered light to the outside.
  • the leaked light 11 since part of the leaked light 11 propagates the inner coating resin 3, the leaked light 11 is absorbed by the resin and generates heat, so it is easily burned out.
  • the exposed portion 5A is provided in the same manner as the second embodiment described above, a part of the leaked light 11 escapes from the inner coating resin 3 as shown in FIG. Therefore, the leaked light 11 propagating through the inner coating resin 3 is reduced, and the heat generation temperature at the resin portion can be lowered.
  • the fiber component of the third embodiment is a fiber component having the fusion spliced portion 6 of the optical fiber, and comprises the first optical fiber 101 C, the second optical fiber 102, and the fusion spliced portion 6.
  • the first optical fiber 101C is an optical fiber that propagates the light 100 and sends it out.
  • the second optical fiber 102 is an optical fiber to which the light 100 propagates, which is coated on a resin-coated portion made of at least two layers of resin.
  • the fusion splice 6 connects the first optical fiber 101C and the second optical fiber 102.
  • the resin-coated removal portion and the resin-coated portion from which a part of the resin coated by the second optical fiber 102 is removed in the boundary portion of the resin coating portion, the outside of the resin of the innermost layer of the resin-coated portion is exposed and has a portion not covered with the other coating resin.
  • the exposed part 5A which is a part which is not covered by the outer side coating resin 4 of the inner side coating resin 3 has the same effect, even if the thickness of the inner side coating resin 3 is thin as shown to FIG. 3A.
  • the removal of the outer coating resin 4 may be sufficiently performed to remove some of the inner coating resin 3 as well.
  • the removal of the outer coating resin 4 may be performed to be tapered along with the inner coating resin 3, and the inner coating resin 3 is not covered by the outer coating resin 4. If there is a part, it plays the same effect.
  • This configuration makes it easy to carry out the work of removing the cover by providing the exposed portion 5A, and the length of the exposed portion 5A can be controlled by the inclination of the taper shape. Also, the adhesion of the portion where the inner coating resin 3 starts covering the core 1 is good, and it is more effective in that the light 11 leaking from the core 1 can be easily prevented from being concentrated at a specific location.
  • FIG. 6 is a plan view showing the configuration of the measurement system in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional fiber component used for comparison in the embodiment of the present invention.
  • 8A and 8B are graphs showing temperature measurement results in the example of the present invention.
  • the example of the fiber component shown in FIG. 1 and described in the first embodiment and the comparative example shown in FIG. 7 having the same configuration as FIG. 1 except that there is no exposed portion 5A are manufactured, and temperature measurement is performed under the following conditions. The effect of the example of the fiber component was verified.
  • FIG. 6 shows a laser diode LD which is not shown in FIG. 1, and FIG. 1 is an enlarged view of the fusion spliced portion 6 of the first optical fiber 101A of FIG.
  • a clad fiber having a core 1 diameter of about 105 ⁇ m and a clad diameter of 125 ⁇ m was used as a first optical fiber 101A composed of a plurality of optical fibers as propagation sources of light 100 shown in FIGS. 1 and 7.
  • the NA between the core and the cladding is 0.15.
  • the number of optical fibers to be assembled was seven.
  • a second optical fiber 102 which is a single optical fiber to be propagated shown in FIGS. 1 and 7
  • a two-layer coated optical fiber having a core 1 diameter of 250 ⁇ m was used as a second optical fiber 102 which is a single optical fiber to be propagated shown in FIGS. 1 and 7, a two-layer coated optical fiber having a core 1 diameter of 250 ⁇ m was used.
  • the NA between the core 1 and the inner coating resin 3 is 0.46.
  • the length of the exposed portion 5A shown in FIG. 1 is set to, for example, about 2 mm. In the configuration of the comparative example of FIG. 7, the exposed portion 5A is not provided.
  • the first optical fibers 101A which are seven propagation source fibers, are hot-rolled together and fusion-spliced to the second optical fiber 102 to which the light 100 propagates.
  • the first optical fibers 101A which are seven propagation source fibers, are hot-rolled together and fusion-spliced to the second optical fiber 102 to which the light 100 propagates.
  • the measurement system used for the experiment is shown in FIG.
  • connection of the optical fiber is ideal to bring the transmittance close to 100%, but the state of light transmitted in the connected state is disturbed, resulting in a loss in transmittance.
  • a fiber having a transmittance of 97% or more and 98% or less was regarded as Group A, and 10 fiber parts were selected in each of the example and the comparative example.
  • permeability is 94% or more and 95% or less was made into the group B, and these selected 10 fiber parts similarly by the Example and the comparative example.
  • the temperature was measured using the above 40 fiber components in total.
  • the fiber parts are kept from wind and laser light of 80 W in total is made incident on the first optical fiber 101A and arranged in the area 21 in FIG.
  • the maximum temperature in the vicinity of the coated resin end 5, exposed portion 5A or outer coated resin end 5B (neither is shown) was measured using an infrared thermography 9 manufactured by Nippon Avionics.
  • the area of the highest temperature part can not be specified, if the area of the highest temperature part is smaller than the resolution of the infrared thermography 9, it is conceivable that the measurement is made lower than the actual temperature. Therefore, the distance between the fiber component and the infrared thermography was measured approximately constant at about 15 cm.
  • the group A is plotted as a white circle
  • the group B as a black circle
  • the group A as a comparative example as a white triangle
  • the group B as a black triangle.
  • the group B with low transmittance had a higher temperature result than the group A, but the sample group of the example had a lower temperature than the comparative example in both the groups A and B. From this result, it is considered that the sample group of the fiber component of the example effectively escapes the leaked light 11 which is converted to heat, and the effect of suppressing the heat generation temperature of the coating resin is remarkable.
  • the portion with the highest temperature was measured as a narrow point, and there was one burning in group A and three burning in group B at this point. Therefore, the maximum temperature could not be measured.
  • a sample in which a triangle is plotted upside down at a line of 120 ° C. on the graph indicates that measurement is impossible due to burnout.
  • part of the leaked light 11 of the laser light whose state has changed at the fusion spliced portion 6 tends to be concentrated at the portion where the inner coating resin 3 starts covering the core 1, and in the comparative example, It is considered that the variation of the state is a narrow point which produces the highest temperature.
  • the exposed portion 5A which is a characteristic configuration of the present invention, a part of the light 100 escapes from the inner covering resin 3, so that a narrow point measured as the maximum temperature hardly occurs. It is considered to stay with a small slight temperature rise.
  • Example 2 Next, in the configuration of group A of the above-described embodiment, the length of the exposed portion 5A was changed to verify the effect of the embodiment of the fiber component.
  • Example 2 The preparation of the sample of Example 2, the experimental conditions, and the measurement system are the same as in Example 1. The only difference is that the length of the exposed portion 5A is used as a parameter.
  • the length of exposed part 5A manufactured the sample changed about every 0.5 mm from about 0.5 mm to about 2.5 mm.
  • the length accuracy of the exposed portion 5A of the sample was about ⁇ 0.2 mm as a result of measurement with a Keyence microscope.
  • the maximum temperature was measured using 10 samples at each length of the exposed portion 5A every 0.5 mm, and the average value was plotted on a graph. The results are shown in FIG. 8B.
  • the resin on the innermost side of the resin-coated portion is covered with the outer coating resin at the boundary between the resin-coated removed portion and the resin-coated portion of the second optical fiber 102 to which the light 100 propagates. It has been verified that the burnout of the optical fiber can be prevented by having no portion.
  • FIG. 9 is a schematic configuration view showing an example of a laser device 110 using the fiber component in the first to third embodiments of the present invention.
  • a plurality of first optical fibers 101A that have received a laser from a laser diode LD.
  • a plurality of first optical fibers 101 A and second optical fibers 102 are connected by the fusion splice 6.
  • the second optical fiber 102 is connected to the oscillation fiber 103 via the fiber Bragg grating 111.
  • the oscillation fiber 103 and the fiber Bragg gratings 111 and 112 connected to both ends of the oscillation fiber 103 constitute a laser resonator. With this configuration, it is possible to configure the laser device 110 that emits the high power laser 113 oscillated by the oscillation fiber 103.
  • the oscillation fiber 103 is a fiber in which a core having a diameter of 10 ⁇ m and a cladding having a diameter of 200 ⁇ m centering on the core form a cross section.
  • the core is doped with ytterbium (Yb) and the laser is further excited by applying energy externally.
  • Yb ytterbium
  • the laser device 110 of the present invention may be configured to use the fiber component described in any of the above-described first to third embodiments.
  • this configuration it is possible to efficiently escape the leaked light 11 which is changed to the heat in the fiber component, to suppress the heat generation temperature of the coating resin, and to prevent the burnout of the optical fiber. Thereby, a safe and highly reliable laser device 110 can be realized.
  • the fiber component of the present invention and the laser apparatus using the same can be safely used without high-power fiber burnout and are useful when applied to a high-power laser apparatus or the like.

Abstract

　本発明のファイバー部品は、光ファイバーの融着接続部を有するファイバー部品であって、光が伝搬する先の光ファイバーは樹脂が少なくとも２層被覆されている。光ファイバーの融着接続部近傍において、樹脂が２層被覆された光ファイバーの樹脂被覆除去部と樹脂被覆部との境界部で、樹脂被覆部の最も内側にある樹脂が外側の被覆樹脂に覆われていない部分を有することによって、光を逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制し、焼損を防ぐ。

Description

ファイバー部品及びレーザ装置
　本発明は、ファイバーレーザ装置に用いる接続部を有するファイバー部品及びこれを用いたレーザ装置に関し、特にファイバー部品の放熱に関する。
　近年、レーザは、歪みが少なく溶接速度が速い等の理由で溶接に用いられたり、切断速度が速く切断面がきれい等の理由で切断に使われたりしている。特に、ファイバー導光ができる固体レーザのうちファイバーレーザは、高出力化、ビーム品質の良さ等から急速に普及しつつある。
　ファイバーレーザは、その構成のほとんどが直径１ｍｍ以下の細い光ファイバーからなっており、その中を高い出力のレーザが伝搬することから、例えば、光ファイバー同士の融着接続部でモード変換され発生した光によって、光ファイバーが発熱し焼損することがある。この光ファイバーの発熱や焼損は、ファイバーレーザの高出力化に伴い、大きな課題となっている。
　まず、レーザに使用される石英からなるコアを備える一般的な光ファイバーの主な構造を図１０Ａから図１０Ｄに示す。図１０Ａ、図１０Ｂは、石英からなるコアを備える一般的な光ファイバーの構造を示す光の伝播方向に沿った面の断面図である。図１０Ｃ、図１０Ｄは、石英からなるコアを備える一般的な光ファイバーの構造を示す光の伝播方向に垂直な面の断面図である。
　図１０Ａ、図１０Ｃにおいて、レーザ光が伝搬するコア２０１は主に石英ガラスであり、その外側に樹脂層があり、樹脂層には、内側の被覆樹脂２０３と外側の被覆樹脂２０４とが形成されている。
　図１０Ｂ、図１０Ｄに示すコア２０１は、石英ガラスや石英ガラスに励起媒質やゲルマニウムなどがドープされており、その外側の主に石英ガラスや石英ガラスにフッ素がドープされたクラッド２０２と屈折率差を有している。その外側に樹脂層があり、樹脂層には、内側の被覆樹脂２０３と外側の被覆樹脂２０４とが形成されている。
　更に石英ガラスを成分に含む部分が３層以上になっている光ファイバーもあるが、ここでは図示しない。
　以降、図１０Ａ、図１０Ｃに示す構成の光ファイバーを例にとり説明する。図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、一般的な光ファイバーの構成と屈折率を示す断面図である。
　被覆される樹脂層は、図１１Ａから図１１Ｃに例を示すように、内側の被覆樹脂２０３と外側の被覆樹脂２０４の屈折率差により様々なパターンがある。更に、樹脂被覆が３層以上の場合もあるが、ここでは図示しない。ここで、図１１Ａから図１１Ｃの左側は屈折率を示し、左側に行くほど屈折率が高いことを示す。
　図１２Ａから図１２Ｃに従来技術に係る光ファイバーの融着接続の例を図示する。図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃは、従来技術に係るファイバー部品の構成を示す断面図である。
　図１２Ａに、光ファイバー１本同士の場合の融着接続部２０６を示す。光ファイバーは、融着の前に被覆樹脂を除去し、所定の長さにコア２０１を割断した後に、コア２０１を溶融させて融着するのが一般的である（例えば、特許文献１を参照）。従って、融着後の融着接続部２０６近傍は樹脂被覆がされていない。
　しかし、被覆樹脂がないと強度が低くなることなどから、樹脂によりリコートされることがある。その例を図１２Ｂに示す。融着接続部２０６近傍の被覆樹脂が除去された部分はリコート樹脂２０７で融着後に被覆されている（例えば、特許文献２を参照）。
　また、融着接続部２０６近傍で漏れた光による発熱対策として、図１２Ｃに示すように、漏出した光を熱に変換するとともに該熱を外部に放散する放熱板２０８を使う。この放熱板２０８により、融着接続部２０６を覆うとともに融着接続部２０６を収容溝２０９内で固定し、融着接続部２０６から漏出した光を透過する樹脂部材からなるリコート樹脂２０７を用いている（例えば、特許文献３を参照）。
　しかし、従来技術として示した発明の発熱対策では、融着接続部２０６に必ずリコート樹脂が必要という課題を有していた。
　ファイバー部品によっては、融着接続部２０６近傍での光ファイバーからの光の漏れが大きく、樹脂でリコートすると焼損する恐れがあるため、リコートできないものもあり、その場合には、適用できない。
　更に、リコート樹脂部分で逃がしきれなかった光が、コア２０１から被覆樹脂に漏洩し、被覆樹脂で発熱し、焼損することがあった。
特開平１－１９１８０７号公報 特開２００９－１１５９１８号公報 特開２００７－２７１７８６号公報
　本発明は、リコート樹脂が無くても、樹脂の発熱を抑制し、焼損しないファイバー部品とそのファイバー部品を使用したレーザ装置を提供する。
　本発明のファイバー部品は、光ファイバーの融着接続部を有するファイバー部品であって、第１の光ファイバーと、第２の光ファイバーと、融着接続部と、を備えている。ここで、第１の光ファイバーは、光を伝搬させて送り出す光ファイバーである。第２の光ファイバーは、少なくとも２層の樹脂からなる樹脂被覆部に被覆され、光が伝搬する先の光ファイバーである。融着接続部は、第１の光ファイバーと第２の光ファイバーとを接続する。そして、本発明のファイバー部品は、融着接続部に隣接した領域において、第２の光ファイバーの被覆された樹脂の一部が除去された樹脂被覆除去部と樹脂被覆部との境界部で、樹脂被覆部の最も内側にある層の樹脂の外側が露出し、他の被覆樹脂に覆われていない部分を有する構成からなる。
　この構成により、熱に変わる光を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制し、光ファイバーの焼損を防ぐことができる。
　また、本発明のレーザ装置は、上記記載のファイバー部品を使用した構成からなる。
　この構成により、熱に変わる光を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制し、光ファイバーの焼損を防ぐことができるので、高い信頼性のレーザ装置を実現できる。
図１は、本発明の実施の形態１におけるファイバー部品の構成を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１におけるファイバー部品の中の光の伝搬を示す断面図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態１におけるファイバー部品の光ファイバーの形状を示す断面図である。 図３Ｂは、本発明の実施の形態１におけるファイバー部品の光ファイバーの別の形状を示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態２におけるファイバー部品の構成を示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態３におけるファイバー部品の構成を示す断面図である。 図６は、本発明の実施例における測定系の構成を示す平面図である。 図７は、本発明の実施例における比較のために使用した従来のファイバー部品の構成を示す断面図である。 図８Ａは、本発明の実施例における温度測定結果を示すグラフである。 図８Ｂは、本発明の実施例における温度測定結果を示すグラフである。 図９は、本発明の実施の形態１から３におけるファイバー部品を使用したレーザ装置の一例を示す概略構成図である。 図１０Ａは、石英からなるコアを備える一般的な光ファイバーの構造を示す光の伝播方向に沿った面の断面図である。 図１０Ｂは、石英からなるコアを備える一般的な光ファイバーの構造を示す光の伝播方向に沿った面の断面図である。 図１０Ｃは、石英からなるコアを備える一般的な光ファイバーの別の構造を示す光の伝播方向に垂直な面の断面図である。 図１０Ｄは、石英からなるコアを備える一般的な光ファイバーの構造を示す光の伝播方向に垂直な面の断面図である。 図１１Ａは、一般的な光ファイバーの構成と屈折率を示す断面図である。 図１１Ｂは、一般的な光ファイバーの構成と屈折率を示す断面図である。 図１１Ｃは、一般的な光ファイバーの構成と屈折率を示す断面図である。 図１２Ａは、従来技術に係るファイバー部品の構成を示す断面図である。 図１２Ｂは、従来技術に係るファイバー部品の構成を示す断面図である。 図１２Ｃは、従来技術に係るファイバー部品の構成を示す断面図である。
　以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。
　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１におけるファイバー部品の構成を示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態１におけるファイバー部品の中の光の伝搬を示す断面図である。図３Ａ、図３Ｂは、本発明の実施の形態１におけるファイバー部品の光ファイバーの形状を示す断面図である。
　本実施の形態１のファイバー部品として、図１に示す光１００の伝搬元となる複数本の光ファイバー（以下、「第１の光ファイバー」とする。）１０１Ａを１本の光の伝播先となる２層被覆の光ファイバー（以下、「第２の光ファイバー」とする。）１０２に融着接続部６で接続した構成のものを例にとって説明する。この構成は、大出力のレーザ光を得るために複数のレーザ光源からの光１００をそれぞれの光ファイバーを介して複数本の光ファイバーで伝搬し、この伝搬した光１００を１本の光ファイバー、例えば第２の光ファイバー１０２に集めて導光する構成である。
　図１に示すように、第１の光ファイバー１０１Ａは、第２の光ファイバー１０２に融着接続部６で接続されている。第２の光ファイバー１０２は、光１００が伝搬するコア１、内側の被覆樹脂３および外側の被覆樹脂４を備え、内側と外側との２層被覆の被覆樹脂を有している。
　融着接続部６に隣接した領域２０のうち融着接続部６の近傍は、２層の被覆樹脂３、４が、ともに除去されている。続いて所定の寸法にわたり、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分である内側被覆樹脂露出部（以下、「露出部」とする。）５Ａを構成する。その先は、外側の樹脂の被覆が始まる部分である外側被覆樹脂端５Ｂとなる。
　以上のように構成されたファイバー部品について説明する。
　光１００は、複数本の光ファイバーから構成される第１の光ファイバー１０１Ａから２層被覆の１本の光ファイバーである第２の光ファイバー１０２へ伝搬する。第２の光ファイバー１０２は、図１１Ｂに示す屈折率プロファイルのものを用いる。図１１Ｂに示す屈折率プロファイルの第２の光ファイバー１０２は、コア１の屈折率より内側の被覆樹脂３の屈折率の方が低くなっているため、コア１内の光は、その多くが界面で全反射をしてコア１内を伝搬するので伝送効率が高い。
　しかしながら、融着接続部６で伝送される光の状態に乱れがあるとコア１より光が幾分漏れることがある。図１１Ｂに示す屈折率プロファイルの光ファイバーでは、コア１から漏れた光の多くは内側の被覆樹脂３を伝搬するため、光が樹脂に吸収され発熱するので、焼損しやすい。
　融着接続部６の左側である、第１の光ファイバー１０１Ａのコア１の直径は約１０５μｍであり、融着接続部６の右側である第２の光ファイバー１０２のコア１の直径は２００μｍである。図１に示すように、複数本の光ファイバーから構成される第１の光ファイバー１０１Ａのコア１は、融着接続部６に近づくにつれて、断面積が小さくなっている。例えば、７本の第１の光ファイバー１０１Ａを第２の光ファイバー１０２に接続する場合、第１の光ファイバー１０１Ａのコア１の直径は、例えば、約６７μｍ以下まで細くする。また、３本の第１の光ファイバー１０１Ａを第２の光ファイバー１０２に接続する場合、第１の光ファイバー１０１Ａのコア１の直径は、例えば、約９３μｍ以下まで細くする。さらに、第１の光ファイバー１０１Ａが１９本の場合、融着接続部６における１本の第１の光ファイバー１０１Ａのコア１の直径は、例えば、約４０μｍ以下まで細くする。さらに、第１の光ファイバー１０１Ａが３７本の場合、融着接続部６における１本の第１の光ファイバー１０１Ａのコア１の直径は、例えば、約２９μｍ以下まで細くする。
　なお、融着接続部６における１本の第１の光ファイバー１０１Ａのコア１の直径は、第２の光ファイバー１０２のコア１の直径に応じて設定される。融着接続部６における第１の光ファイバー１０１Ａの本数と、第２の光ファイバー１０２のコア１の直径に対する第１の光ファイバー１０１Ａのコア１直径の割合（以下、直径比率という）との関係は、以下の関係が好ましい。
　第１の光ファイバー１０１Ａの本数が３本であれば４６％以下、４本であれば４１％以下、７本であれば３３％以下、１９本であれば２０％以下、３７本であれば１４％以下、６１本であれば１１％以下、９１本であれば９％以下の直径比率が好ましい。
　図２は、第２の光ファイバー１０２の露出部５Ａで漏れた光１１の伝搬の状態を示す第２の光ファイバー１０２の断面図である。融着接続部６で状態が変化した光１００は、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分である露出部５Ａで、コア１から内側の被覆樹脂３に漏出する。
　この漏れた光１１の大半は、特に、コア１の界面の屈折率差が変化する内側の被覆樹脂３がコア１を覆い始める部分に集中しやすい。しかしながら、本実施の形態１の特徴的な構成である露出部５Ａを設けることで、漏れた光１１の一部は、内側の被覆樹脂３から外側に逃げる。これにより、内側の被覆樹脂３を伝搬する漏れた光１１の量が軽減され、その結果、漏れた光１１が被覆樹脂３で吸収される量が減るので、被覆樹脂３を含む樹脂部での発熱温度を下げることができる。
　また、外側の被覆樹脂４には、外側被覆樹脂端５Ｂで内側の被覆樹脂３から漏出する光があっても、内側の被覆樹脂３を伝搬する光が軽減されているので、ここでの漏出する光も軽減されている。
　以上のような作用によって、漏れた光１１が外側の被覆樹脂４に吸収され熱に変わる量が軽減され、樹脂部での発熱温度を下げることができる。
　なお、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分である露出部５Ａは、図３Ａに示すように内側の被覆樹脂３の厚みが薄くても同様の効果を奏する。図３Ａのような構造に第２の光ファイバー１０２を形成するには、外側の被覆樹脂４の除去を内側の被覆樹脂３も多少除去する程度に十分行えばよい。
　あるいは、図３Ｂに示すように、第２の光ファイバー１０２の構造が、外側の被覆樹脂４の除去を内側の被覆樹脂３とともにテーパ形状となるように形成してもよい。この場合でも、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分があれば同様の効果を奏する。この図３Ｂの構成は、露出部５Ａを設ける被覆除去の作業が行い易く、テーパ形状の傾きで露出部５Ａの長さを制御できる。また、内側の被覆樹脂３がコア１を覆い始める部分の密着もよく、コア１から漏れた光１１があっても特定の箇所に集中することを防止しやすい点でより効果が高い。
　すなわち、本実施の形態１のファイバー部品は、光ファイバーの融着接続部６を有するファイバー部品であって、第１の光ファイバー１０１Ａと、第２の光ファイバー１０２と、融着接続部６と、を備えている。ここで、第１の光ファイバー１０１Ａは、光１００を伝搬させて送り出す光ファイバーである。第２の光ファイバー１０２は、少なくとも２層の樹脂からなる樹脂被覆部に被覆され、光１００が伝搬する先の光ファイバーである。融着接続部６は、第１の光ファイバー１０１Ａと第２の光ファイバー１０２とを接続する。そして、本実施の形態１のファイバー部品は、融着接続部６に隣接した領域２０において、第２の光ファイバー１０２の被覆された樹脂の一部が除去された樹脂被覆除去部と樹脂被覆部との境界部で、樹脂被覆部の最も内側にある層の樹脂の外側が露出し、他の被覆樹脂に覆われていない部分を有する構成からなる。
　この構成により、熱に変わる漏れた光１１を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制し、光ファイバーの焼損を防ぐことができる。
　また、第１の光ファイバー１０１Ａおよび第２の光ファイバー１０２の少なくともいずれかは、複数本のファイバーを束ねたものである構成としてもよい。この構成により、大出力のレーザ光を出力光として出射することができる。
　また、境界部での最も内側にある層の樹脂の外側の断面形状をテーパ形状とした構成としてもよい。この構成により、露出部５Ａの長さを制御でき、コア１から漏れた光１１が、特定の箇所に集中することを防止できる。
　なお、上述の構成でファイバー部品を製作した後、中空のガラス管（図示せず）などの保持部材を用いて融着接続部６の保護を行うとよい。すなわち、融着接続部６を保護する保持部材を設けた構成としてもよい。この構成により、リコート樹脂を用いずに実用的な強度が得られ、リコートの損傷もなく安定して光ファイバーの発熱を防止できる。
　（実施の形態２）
　図４は、本発明の実施の形態２におけるファイバー部品の構成を示す断面図である。本実施の形態２では、光１００の伝播元、伝播先とも１本のファイバーを融着接続する構成のものを説明する。
　図４に示すように、２層被覆の光１００の伝播元となる１本の光ファイバーである第１の光ファイバー１０１Ｂと、２層被覆の光１００の伝播先となる１本の光ファイバーである第２の光ファイバー１０２は、融着接続部６で接続されている。光１００は、第１の光ファイバー１０１Ｂから第２の光ファイバー１０２へ伝搬する。第２の光ファイバー１０２は、光１００が伝搬するコア１、内側の被覆樹脂３、外側の被覆樹脂４を備えている。
　融着接続部６の近傍では、２層の被覆とも被覆樹脂３、４は除去されている。続いて所定の寸法にわたり内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分である露出部５Ａが、第１の光ファイバー１０１Ｂおよび第２の光ファイバー１０２にそれぞれ構成されている。その先は、図４に示すように外側の樹脂の被覆が始まる部分である外側被覆樹脂端５Ｂとなる。
　以上のように構成されたファイバー部品について説明する。
　光１００は、光１００の伝播元となる第１の光ファイバー１０１Ｂから第２の光ファイバー１０２へ伝搬する。第２の光ファイバー１０２は、図１１Ｂに示す屈折率プロファイルのものを用いる点で上述の実施の形態１と同じである。
　融着接続部６で伝送される光１００の状態に乱れがあるとコア１より光１００が幾分漏れることがある。図１１Ｂに示す屈折率プロファイルの光ファイバーは、コア１から漏れた光１１の多くは内側の被覆樹脂３を伝搬するため、漏れた光１１が樹脂に吸収され発熱するので、焼損しやすい。
　本実施の形態２でも上述の実施の形態１と同じように露出部５Ａを設けている。図２に示すように、コア１から内側の被覆樹脂３に漏れた光１１の一部は内側の被覆樹脂３から外側に逃げるため、内側の被覆樹脂３を伝搬する光が軽減される。これにより、被覆樹脂３で漏れた光１１を吸収する量が低減されるので、樹脂部での発熱温度を下げることができる。
　また、外側の被覆樹脂４には、外側被覆樹脂端５Ｂで内側の被覆樹脂３から漏れた光１１があっても、内側の被覆樹脂３を伝搬する光が軽減されているので、ここでの漏れた光１１も軽減されている。
　すなわち、本実施の形態２のファイバー部品は、光ファイバーの融着接続部６を有するファイバー部品であって、第１の光ファイバー１０１Ｂと、第２の光ファイバー１０２と、融着接続部６と、を備えている。ここで、第１の光ファイバー１０１Ｂは、光１００を伝搬させて送り出す光ファイバーである。第２の光ファイバー１０２は、少なくとも２層の樹脂からなる樹脂被覆部に被覆され、光１００が伝搬する先の光ファイバーである。融着接続部６は、第１の光ファイバー１０１Ｂと第２の光ファイバー１０２とを接続する。そして、本実施の形態１のファイバー部品は、融着接続部６に隣接した領域２０において、第２の光ファイバー１０２の被覆された樹脂の一部が除去された樹脂被覆除去部と樹脂被覆部との境界部で、樹脂被覆部の最も内側にある層の樹脂の外側が露出し、他の被覆樹脂に覆われていない部分を有する構成からなる。
　この構成により、熱に変わる漏れた光１１を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制し、光ファイバーの焼損を防ぐことができる。
　以上のような作用によって、漏れた光１１が外側の被覆樹脂４に吸収され熱に変わる量が軽減されるので、樹脂部での発熱温度を下げることができる。
　なお、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分である露出部５Ａは、図３Ａに示すように内側の被覆樹脂３の厚みが薄くても同様の効果を奏する。図３Ａのような構造に第２の光ファイバー１０２を形成するには、外側の被覆樹脂４の除去を内側の被覆樹脂３も多少除去する程度に十分行えばよい。
　あるいは、図３Ｂに示すように、外側の被覆樹脂４の除去を内側の被覆樹脂３とともにテーパ形状となるように行なってもよく、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分があれば同様の効果を奏する。この構成は、露出部５Ａを設ける被覆除去の作業が行い易く、テーパ形状の傾きで露出部５Ａの長さを制御できる。また、内側の被覆樹脂３が、コア１を覆い始める部分の密着もよく、コア１から漏れた光１１があっても特定の箇所に集中することを防止しやすい点でより効果が高い。
　（実施の形態３）
　図５は、本発明の実施の形態３におけるファイバー部品の構成を示す断面図である。本実施の形態３では、光１００の伝播元、伝播先とも１本の光ファイバーを融着接続する構成で、かつ、融着接続部６の近傍を樹脂でリコートしたものを説明する。
　図５に示すように、光１００の伝播元となる１本の光ファイバーである第１の光ファイバー１０１Ｃと、２層被覆の光１００の伝播先となる１本の光ファイバーである第２の光ファイバー１０２は、融着接続部６で接続されている。光１００は、第１の光ファイバー１０１Ｃから第２の光ファイバー１０２へ伝搬する。第２の光ファイバー１０２は、光１００が伝搬するコア１、内側の被覆樹脂３、外側の被覆樹脂４を備えている。
　第１の光ファイバー１０１Ｃおよび第２の光ファイバー１０２のそれぞれの融着接続部６の近傍は、被覆樹脂３、４からなる２層の被覆とも除去されている。続いて所定の寸法にわたり内側の被覆樹脂３が、外側の被覆樹脂４に覆われていない部分である露出部５Ａが第２の光ファイバー１０２に構成されている。露出部５Ａに隣接した部分は、外側の樹脂の被覆が始まる部分である外側被覆樹脂端５Ｂとなる。
　さらに本実施の形態３では、図５に示すように融着接続部６の近傍の少なくとも被覆を削除した部分をリコート樹脂７でリコートしている。
　以上のように構成されたファイバー部品について説明する。
　光１００は、光１００の伝播元となる第１の光ファイバー１０１Ｃから第２の光ファイバー１０２へ伝搬する。第２の光ファイバー１０２は、図１１Ｂに示す屈折率プロファイルのものを用いる点で上述の実施の形態１、２と同じである。
　融着接続部６で伝送される光１００の状態に乱れがあるとコア１より光１００が幾分漏れることがある。本実施の形態３では、融着接続部６などで状態が変化した光１００は、リコート樹脂７の部分で、漏れた光１１としてその多くは外へ散乱光として逃げる。しかしながら、漏れた光１１の一部は内側の被覆樹脂３を伝搬するため、漏れた光１１が樹脂に吸収され発熱するので、焼損しやすい。
　本実施の形態３でも上述の実施の形態２と同じように露出部５Ａを設けているので、図２のように、漏れた光１１の一部は内側の被覆樹脂３から逃げる。そのため、内側の被覆樹脂３を伝搬する漏れた光１１が軽減され、樹脂部での発熱温度を下げることができる。
　また、外側の被覆樹脂４には、外側被覆樹脂端５Ｂで内側の被覆樹脂３から漏れた光１１があっても、内側の被覆樹脂３を伝搬する漏れた光１１が軽減されているので、ここでの漏れた光１１も軽減されている。
　すなわち、本実施の形態３のファイバー部品は、光ファイバーの融着接続部６を有するファイバー部品であって、第１の光ファイバー１０１Ｃと、第２の光ファイバー１０２と、融着接続部６と、を備えている。ここで、第１の光ファイバー１０１Ｃは、光１００を伝搬させて送り出す光ファイバーである。第２の光ファイバー１０２は、少なくとも２層の樹脂からなる樹脂被覆部に被覆され、光１００が伝搬する先の光ファイバーである。融着接続部６は、第１の光ファイバー１０１Ｃと第２の光ファイバー１０２とを接続する。そして、本実施の形態１のファイバー部品は、融着接続部６に隣接した領域２０において、第２の光ファイバー１０２の被覆された樹脂の一部が除去された樹脂被覆除去部と樹脂被覆部との境界部で、樹脂被覆部の最も内側にある層の樹脂の外側が露出し、他の被覆樹脂に覆われていない部分を有する構成からなる。
　この構成により、熱に変わる漏れた光１１を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制し、光ファイバーの焼損を防ぐことができる。
　以上のような作用によって、リコート樹脂７を用いた場合でも、本実施の形態１、２と同様の効果があり、漏れた光１１が外側の被覆樹脂４に吸収され熱に変わる量が軽減され、樹脂部での発熱温度を下げることができる。
　なお、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分である露出部５Ａは、図３Ａに示すように内側の被覆樹脂３の厚みが薄くても同様の効果を奏する。図３Ａのような構造に第２の光ファイバー１０２を形成するには、外側の被覆樹脂４の除去を内側の被覆樹脂３も多少除去する程度に十分行えばよい。
　あるいは、図３Ｂに示すように、外側の被覆樹脂４の除去を内側の被覆樹脂３とともにテーパ形状となるように行なってもよく、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分があれば同様の効果を奏する。この構成は、露出部５Ａを設ける被覆除去の作業が行い易く、テーパ形状の傾きで露出部５Ａの長さを制御できる。また、内側の被覆樹脂３が、コア１を覆い始める部分の密着もよく、コア１から漏れた光１１があっても特定の箇所に集中することを防止しやすい点でより効果が高い。
　［実施例１］
　次に、本実施の形態１から３で説明したファイバー部品の実施例について具体的に説明する。図６は、本発明の実施例における測定系の構成を示す平面図である。図７は、本発明の実施例における比較のために使用した従来のファイバー部品の構成を示す断面図である。図８Ａ、図８Ｂは、本発明の実施例における温度測定結果を示すグラフである。
　図１に示し実施の形態１で説明したファイバー部品の実施例と、露出部５Ａがないこと以外は図１と同じ構成の図７に示す比較例とを製作し、以下の条件で温度測定を行い、ファイバー部品の実施例の効果を検証した。
　図６には、図１では示されていないレーザダイオードＬＤが図示されており、図１は、図６の第１の光ファイバー１０１Ａの融着接続部６を拡大したものである。
　図１と図７に示す光１００の伝播元となる複数本の光ファイバーからなる第１の光ファイバー１０１Ａには、コア１の直径が約１０５μｍ、クラッドの直径が１２５μｍのクラッドファイバーを用いた。コアとクラッド間のＮＡは０．１５である。集合する光ファイバーの本数は７本とした。
　図１と図７に示す伝播先の１本の光ファイバーである第２の光ファイバー１０２には、コア１の直径が２５０μｍの２層被覆の光ファイバーを用いた。コア１と内側の被覆樹脂３の間のＮＡは０．４６である。
　図１に示す露出部５Ａの長さは、例えば約２ｍｍに設定した。図７の比較例の構成では露出部５Ａは設けない。
　７本の伝播元ファイバーである第１の光ファイバー１０１Ａは、集合熱延し、光１００の伝播先となる第２の光ファイバー１０２に融着接続する。このようにして実験用試料として、実施例と比較例に示すファイバー部品を多数製作した。
　実験に用いた測定系を図６に示す。
　温度の計測に先立ち、第１の光ファイバー１０１Ａからレーザ光を入射し第２の光ファイバー１０２から出たレーザ光をパワーメータ１０で計測して透過率を求めた。求めた透過率によって、本発明の実施例と比較例とも２つのグループに分けた。
　光ファイバーの接続は、透過率を１００％に近づけることを理想とするが、接続の状態で透過する光の状態に乱れを生じ、透過率にロスを生じる。透過率が９７％以上、９８％以下のものをグループＡとし、実施例、比較例とも１０本のファイバ部品を選別した。また、透過率が９４％以上、９５％以下のものをグループＢとし、これらも同様に実施例、比較例とも１０本のファイバ部品を選別した。以上の計４０本のファイバー部品で温度計測を行った。
　温度計測には、摂氏２０度に空調された実験室で、ファイバー部品には風が当たらないようにし、第１の光ファイバー１０１Ａに合計８０Ｗのレーザ光を入射し、図６中の領域２１に配置された被覆樹脂端５、露出部５Ａまたは外側被覆樹脂端５Ｂ（いずれも図示せず）近傍の最高温度を、日本アビオニクス製の赤外線サーモグラフィ９を用いて測定した。
　最高温度部の面積が特定できないため、赤外線サーモグラフィ９の分解能より、最高温度部の面積が小さい場合、実際の温度より低く測定されることが考えられる。したがって、ファイバー部品と赤外線サーモグラフィの距離を約１５ｃｍとほぼ一定にして測定した。
　測定の結果を図８Ａのグラフに示す。実施例のグループＡは白丸、グループＢは黒丸、比較例のグループＡは白抜三角、グループＢは黒三角でプロットしている。
　実施例、比較例共に、透過率の低いグループＢは、グループＡより高い温度結果であったが、実施例の試料群はグロープＡ、Ｂとも、比較例に対し低い温度であった。この結果により、実施例のファイバー部品の試料群は、熱に変わる漏れた光１１を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制する効果は顕著なものがあったと考えられる。
　特に、比較例のファイバー部品で、最高温度となっている部分は狭い点として測定され、かかる点ではグループＡで１個、グループＢで３個の焼損があった。そのため、最高温度は測定できなかった。当該グラフ上で１２０℃のラインで三角形を逆さにプロットした試料は焼損による測定不能を示している。
　以上の測定結果からは、融着接続部６で状態が変化したレーザ光の一部の漏れた光１１が、内側の被覆樹脂３がコア１を覆い始める部分に集中しやすく、比較例では、状態のバラツキが最高温度を生ずる狭い点となっていると考察される。
　また、本発明の特徴的な構成である露出部５Ａを設けることで、光１００の一部は内側の被覆樹脂３から逃げるため、最高温度となって測定される狭い点が生じにくく、ばらつきの少ない僅かな温度上昇で留まるものと考察される。
　［実施例２］
　次に、上述の実施例のグループＡの構成で、露出部５Ａの長さを変えて、ファイバー部品の実施例の効果を検証した。
　実施例２の試料の製作、実験条件、測定系は実施例１と同じである。異なるのは露出部５Ａの長さをパラメータとした点のみである。露出部５Ａの長さは、約０．５ｍｍから約２．５ｍｍまで、約０．５ｍｍ毎に変えた試料を製作した。試料の露出部５Ａの長さ精度は、キーエンス製マイクロスコープで測定した結果±０．２ｍｍ程度であった。
　０．５ｍｍごとの露出部５Ａの各長さでそれぞれ１０個の試料を用いて最高温度の計測を行い、その平均値をグラフにプロットした。その結果を図８Ｂに示す。
　図８Ｂに示すように、露出部５Ａの長さが最も小さい０．５ｍｍのファイバー部品でも焼損はなく、実施例１の比較例グループＡの焼損していないものの平均温度である約７０℃より１０℃以上低い。これにより、実施例のファイバー部品は、露出部５Ａを形成することにより、熱に変わる漏れた光１１を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制する効果認められたと考えられる。
　さらに、図８Ｂに示すように露出部５Ａの長さが１．０ｍｍ以上であれば、その効果は顕著に認められ、露出部５Ａの長さを０．５ｍｍとしたものより２０℃以上低い温度であり、室温に対しても１０℃程度の温度上昇で収まり安定した効果が得られた。
　以上のように、光１００が伝搬する先の第２の光ファイバー１０２の樹脂被覆除去部と樹脂被覆部との境界部で、樹脂被覆部の最も内側にある樹脂が外側の被覆樹脂に覆われていない部分を有することで、光ファイバーの焼損を防ぐことができることが検証できた。
　また、樹脂被覆部の最も内側にある樹脂が、外側の被覆樹脂に覆われていない部分の長さを１ｍｍ以上とすれば、その効果が顕著であることも検証できた。
　図９は、本発明の実施の形態１から３におけるファイバー部品を使用したレーザ装置１１０の一例を示す概略構成図である。図９に示すようにレーザダイオードＬＤからのレーザを受けた第１の光ファイバー１０１Ａを複数有している。複数の第１の光ファイバー１０１Ａと第２の光ファイバー１０２が融着接続部６により接続されている。第２の光ファイバー１０２は、ファイバブラッググレーティング１１１を介して、発振ファイバー１０３に接続される。発振ファイバー１０３と、発振ファイバー１０３の両端に接続されたファイバブラッググレーティング１１１，１１２によって、レーザ共振器が構成されている。この構成により、発振ファイバー１０３で発振された高出力のレーザ１１３を出射するレーザ装置１１０が構成できる。
　なお、発振ファイバー１０３は、直径が１０μｍのコアと、コアを中心にした直径が２００μｍのクラッドとが断面を構成するファイバーである。コアには、イッテルビウム（Ｙｂ）がドーピングされており、エネルギーを外部から加えることによりレーザがさらに励起される。
　すなわち、本発明のレーザ装置１１０は、上述の実施の形態１から３のいずれかに記載のファイバー部品を使用した構成としてもよい。この構成により、ファイバー部品内の熱に変わる漏れた光１１を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制し、光ファイバーの焼損を防ぐことができる。これにより、安全で高信頼性のレーザ装置１１０が実現できる。
　本発明のファイバー部品およびこれを使用したレーザ装置は、高出力であってもファイバーの焼損が無く、安全に使用することができ、高出力のレーザ装置などに適用すると有用である。
　１，２０１　　コア
　３，４，２０３，２０４　　被覆樹脂
　５　　被覆樹脂端
　５Ａ　　露出部
　５Ｂ　　外側被覆樹脂端
　６，２０６　　融着接続部
　７，２０７　　リコート樹脂
　９　　赤外線サーモグラフィ
　１０　　パワーメータ
　１１　　漏れた光
　２０，２１　　領域
　１００　光
　１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ　　第１の光ファイバー
　１０２　　第２の光ファイバー
　１０３　　発振ファイバー
　１１０　　レーザ装置
　１１１，１１２　　ファイバブラッググレーティング
　１１３　　レーザ
　ＬＤ　　レーザダイオード

Claims (5)

  1. 光ファイバーの融着接続部を有するファイバー部品であって、
    光を伝搬させて送り出す第１の光ファイバーと、
    少なくとも２層の樹脂からなる樹脂被覆部に被覆され、前記光が伝搬する先の第２の光ファイバーと、
    前記第１の光ファイバーと前記第２の光ファイバーとを接続する融着接続部と、
    を備え、
    前記融着接続部に隣接した領域において、前記第２の光ファイバーの被覆された樹脂の一部が除去された樹脂被覆除去部と前記樹脂被覆部との境界部で、前記樹脂被覆部の最も内側にある層の樹脂の外側が露出し、他の被覆樹脂に覆われていない部分を有するファイバー部品。
  2. 前記第１の光ファイバーおよび前記第２の光ファイバーの少なくともいずれかは、複数本のファイバーを束ねたものである請求項１に記載のファイバー部品。
  3. 前記境界部での前記最も内側にある層の樹脂の外側の断面形状をテーパ形状とした請求項１または２に記載のファイバー部品。
  4. 前記融着接続部を保護する保持部材を設けた請求項１から３のいずれかに記載のファイバー部品。
  5. 請求項１から４のいずれかに記載のファイバー部品を使用したレーザ装置。
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