WO2018061725A1 - 中間クラッドの屈折率が内部クラッドの屈折率より小さい光ファイバコンバイナ、光ファイバ及びレーザ装置 - Google Patents

中間クラッドの屈折率が内部クラッドの屈折率より小さい光ファイバコンバイナ、光ファイバ及びレーザ装置 Download PDF

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cladding
combiner
fiber
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ウラジーミル トシンスキー
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株式会社アマダホールディングス
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    • G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber combiner that couples a plurality of optical fibers to another optical fiber, an optical fiber that is used in the optical fiber combiner, and a laser device that uses the optical fiber combiner.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a general optical fiber combiner (hereinafter also simply referred to as a combiner).
  • the optical fiber combiner 100 includes an input fiber 101 and a capillary tube (hereinafter also simply referred to as a capillary) 103.
  • the capillary tube 103 includes a region 104 that accommodates the distal end portion of the input fiber 101, is tapered in the region 102, and holds the input fiber 101 that is capillaryized.
  • the tip of the input fiber 101 and the capillary 103 are melted in the region 104.
  • the melted combiner is cut at a position 105 and joined to the cut end of the output fiber 106 at the cutting position 105.
  • Such a tapered optical fiber combiner is manufactured as follows, for example.
  • a capillary 103 having a tapered portion 102 is created.
  • the thickness of the clad material at the tip of the plurality of input fibers 101 is removed by etching, and these are aligned into a bundle, and the bundle is inserted into the capillary 103.
  • the tip portion 105 of the waist portion 104 is cut. Then, the cutting part 105 is bonded to the output fiber 106.
  • LM low-order mode
  • MM multi-mode
  • the usual method of bundling a plurality of fibers is to form a capillary 103 having a low refractive index by doping impurities. Inserting them in parallel (FIG. 1).
  • a capillary can be a simple tube form or a complicated form such as a preform having a plurality of holes as described in Patent Document 1.
  • the input fiber of the combiner is substantially the same as the output fiber of, for example, a fiber laser (fiber amplifier).
  • typical output fibers of high power fiber lasers are double clad (double clad (DC)) fibers, which have a core diameter of about 20-30 ⁇ m and an inner clad diameter of about 400-500 ⁇ m. This results in a large spacing between the fiber cores. Therefore, the taper ratio increases, and the beam numerical aperture NA at the combiner input end becomes very large. As a result, the propagation efficiency is lowered and the beam quality is lowered. Furthermore, as the taper ratio increases, the dimensions of the device increase and packaging becomes difficult.
  • the diameter of the cladding at the tip of the fiber is partially removed by etching.
  • FIG. 2 (a) and 2 (b) are schematic views showing etching of a clad in a double clad fiber, FIG. 2 (a) shows a fiber before etching, and FIG. 2 (b) shows a fiber after etching.
  • the cladding 109 is etched at the boundary 108 at the tip of the fiber so as to have a small diameter.
  • the surface 111 has a diameter of about 100 ⁇ m.
  • the outermost layer 110 is an outer cladding made of a double-layer fluoroacrylate polymer.
  • the conventional combiner has the following problems. That is, in the portion where the bundle of fibers is tapered, an air gap exists between the outer surface of the fiber and the inner surface of the capillary. Even after the fiber and the capillary are melted into a single object, an air gap exists in this portion. Because of this air gap, there may be microscopic contaminants on the outer surface of the fiber.
  • an etched input fiber double clad fiber (FIG. 2) has a core of 30 ⁇ m (NA 0.075) and a quartz clad of 100 ⁇ m or less to 10 MM with a taper ratio of 4.35. It is assumed that the taper is formed over the entire area. This taper is set to couple the fiber to a 50 ⁇ m output fiber. Consider a case where SM or MM rays are input to this combiner.
  • the SM wave is LP01
  • the MM wave means seven equally stimulated or excited (LP01, LP11, LP21, LP02, LP31, LP12, LP41) waves. Then, the power load on the fiber side surface in the MM input wave becomes extremely larger than the power load on the fiber side surface in the SM input wave as it approaches the taper waist (for example, when the taper ratio is greater than 3.75, The power load on the side of the fiber is more than 20 times the power load on the side of the fiber with SM input waves).
  • An object of this invention is to provide the optical fiber combiner which can solve the said subject, the optical fiber used for an optical fiber combiner, and the laser apparatus using an optical fiber combiner. More specifically, an object of the present invention is to provide an optical fiber combiner that can suppress an increase in heat of the optical fiber combiner and can reduce the possibility of damage to the optical fiber and the optical fiber combiner.
  • an optical fiber combiner that couples a plurality of input fibers to an output fiber, the plurality of input fibers, and a capillary that covers the plurality of input fibers on the outer periphery of the plurality of input fibers;
  • Each of the plurality of input fibers includes a core, an inner clad surrounding the core, and an intermediate clad surrounding the inner clad.
  • the refractive index of the intermediate cladding is smaller than the refractive index of the inner cladding, and the numerical aperture NA 2 of the intermediate cladding is smaller than the numerical aperture NAo of the output fiber;
  • the intermediate clad includes an optical fiber combiner including fluorinated doped silica and having a thickness of 5 ⁇ m or more.
  • an optical fiber combiner having a plurality of optical fibers, each optical fiber having a core, an inner cladding surrounding the core, and an intermediate cladding surrounding the inner cladding. And an optical fiber combiner in which the refractive index of the intermediate cladding is smaller than the refractive index of the inner cladding.
  • the taper degree Tr of the tapered portion is 4 ⁇ Tr ⁇ 5.
  • the optical fiber combiner has a capillary covering the plurality of optical fibers on the outer periphery of the plurality of optical fibers.
  • the numerical aperture NA 2 of the intermediate cladding is smaller than the numerical aperture NAo of the output fiber coupled by the optical fiber combiner.
  • the thickness of the intermediate cladding is not less than 10 times the wavelength of the laser beam input to each optical fiber.
  • the intermediate cladding includes fluorinated doped silica.
  • the numerical aperture NA 2 of the intermediate cladding is larger than the numerical aperture of the multimode and smaller than the numerical aperture NAo of the output fiber coupled by the optical fiber combiner.
  • the thickness of the intermediate cladding is not less than 10 times the wavelength of laser light input to each optical fiber before taper, and the inner cladding Within 20% of the diameter.
  • the numerical aperture of the intermediate cladding is 0.18-0.20 or more, and the numerical aperture of the output fiber coupled by the optical fiber combiner (0.20- 0.22) is not exceeded.
  • an optical fiber used in an optical fiber combiner comprising a core, a first inner cladding that surrounds the core, and an intermediate cladding that surrounds the first inner cladding.
  • a laser comprising a plurality of fiber lasers, an output fiber, and an optical fiber combiner according to one or other aspects of the invention for coupling the fiber laser to the output fiber.
  • the optical fiber combiner of the present invention is an optical fiber combiner having a plurality of input optical fibers, each input optical fiber having a core, an inner cladding, and an intermediate cladding formed outside the inner cladding. Yes.
  • the refractive index of the intermediate cladding is smaller than the refractive index of the inner cladding.
  • the contaminants existing inside the capillary tube only contact the intermediate cladding and do not contact the inner cladding.
  • most of the laser light propagating through the inner cladding is totally reflected at the boundary surface between the inner cladding and the intermediate cladding. Therefore, most of the laser light propagating through the inner cladding does not come into contact with contaminants attached to the outside of the intermediate cladding. Therefore, the intensity of the laser light for heating the optical fiber combiner can be reduced.
  • the numerical aperture NA 2 of the intermediate cladding is preferably larger than the numerical aperture based on the multimode modal index and smaller than the numerical aperture NAo of the output fiber.
  • the laser light emitted from the optical fiber combiner is incident on the output fiber at an angle that does not cause leakage in the output fiber.
  • the thickness of the intermediate clad is preferably 10 times or more the wavelength of the laser beam.
  • the light intensity of the laser light reaching the outer side surface of the intermediate cladding can be sufficiently reduced.
  • “sufficient” means that the light intensity is reduced to such an extent that the intermediate cladding is not damaged.
  • the increase in heat of the optical fiber combiner can be suppressed, and the possibility of damage to the optical fiber and the optical fiber combiner can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a general fiber combiner.
  • FIG. 2 is a schematic view showing that, in a conventional double clad fiber, the inner clad portion is etched at the boundary line and the outer side thereof is removed.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a laser apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing a combiner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of an input fiber in a combiner according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 (a) is a cross-sectional view of the input fiber before etching, and FIG. 5 (b) is the input fiber.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of the input fiber after the outer clad portion has been removed by etching, and examples of the refractive indexes of the core, inner clad and intermediate clad.
  • FIG. 6 is a schematic view of the conventional combiner and the tip of the combiner according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view of the tip of the conventional combiner, and
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the tip of the combiner according to the embodiment of the present invention in a state where the capillary and the tip of the input fiber are integrated.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating light propagation in the input fiber of the conventional combiner and the combiner according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 8A is a diagram illustrating light propagation in the input fiber of the conventional optical combiner
  • FIG. 8B is a diagram showing light propagation in the input fiber according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 8C is a diagram showing AA, CC, A′-A ′ in the entire combiner. , C′-C ′.
  • FIG. 9 shows the relationship between the core refractive index of the input fiber, the inner cladding refractive index (quartz refractive index), the intermediate cladding refractive index, and the modal index (modal effective refractive index) of light propagating through the tapered input fiber.
  • FIG. 10 is a diagram showing the light intensity distribution in the radial direction of the input fiber of the combiner according to the embodiment of the present invention.
  • FIGS. 10 (a) to 10 (c) show the SM wave in the input fiber according to the embodiment of the present invention.
  • 10 (d) to 10 (f) are diagrams showing the light intensity distribution in the radial direction when the MM wave is input to the input fiber according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows light intensity distribution.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the thickness of the intermediate cladding and the optical load on the fiber side surface at the taper waist in the combiner according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an outline of a laser device 31 according to an embodiment of the present invention.
  • the laser device 31 includes fiber lasers 33a, 33b, and 33c, module fibers 35a, 35b, and 35c, input fibers 37a, 37b, and 37c (for combiners), a combiner 39, and an output fiber. (Feed fiber) 41.
  • the module fibers 35a, 35b, and 35c have a core with a diameter of 30 ⁇ m, for example, and a numerical aperture NA is, for example, about 0.08.
  • the input fibers 37a, 37b, and 37c have, for example, a core with a diameter of 30 ⁇ m and a numerical aperture NA of about 0.08.
  • the output fiber 41 has a core with a diameter of about 50 ⁇ m, for example, and a numerical aperture NA of about 0.20 to 0.22, for example.
  • the tips of a plurality of input fibers 37a, 37b, and 37c are inserted into a tapered capillary similar to the fiber of FIG. 1, and the tips of the combiner are joined (spliced) to the output fiber 41. .
  • the inner clad at the tip of the plurality of input fibers 37a, 37b, and 37c is removed by etching.
  • FIG. 4 to 7 are diagrams for explaining a method of manufacturing the combiner 39.
  • FIG. 4 to 7 are diagrams for explaining a method of manufacturing the combiner 39.
  • step 1 as shown in FIG. 4A, a capillary 53 having a tapered portion 53a and a waist portion 53b is created.
  • a silica layer doped with fluorine is introduced into the inner cladding 59 as the intermediate cladding 62.
  • the refractive index n2 of the intermediate cladding 62 is lower than the refractive index n1 of the inner cladding 59 (see FIG. 5B).
  • step 3 as shown in FIG. 4 (b), the tip portion of the triple clad fiber (the portion inserted into the tapered portion 53a and the waist portion 53b of the capillary 53) 261 (FIG. 4 (b)) is etched. Remove with.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the details of the etching.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of the input fiber before etching, and the etched cladding boundary 58 is located on the outer surface of the intermediate cladding 62 (strictly inside).
  • the core 57, the inner cladding 59 surrounding the core 57, and the inner cladding 59 are surrounded.
  • a fiber tip portion comprising the intermediate cladding 62 is formed.
  • the fiber tip has an outer periphery 61 formed of the intermediate cladding 62.
  • the core 57 has a refractive index n0
  • the inner cladding 59 has a refractive index n1 smaller than n0
  • the intermediate cladding 62 has a refractive index even smaller than n1.
  • n2 the difference between n1 and n2 is about four times the difference between n0 and n1.
  • step 4 the tip portions of the input fibers 37a, 37b, and 37c are inserted into the tapered portion 53a and the waist portion 53b (FIG. 4A) of the capillary 53.
  • FIG. 6B shows a cross-sectional view of the tip of the combiner in this state.
  • an air gap 63 is formed inside the capillary 53.
  • the air gap 63 may contain contaminants as described above.
  • FIG. 6A shows the fiber arrangement at the tip of the capillary 103 in the conventional combiner.
  • an air gap 113 is formed between the capillary and the clad.
  • Step 5 the capillary together with the inserted input fiber, stretched again heated, melted and. Thereby, the input fiber and the capillary are further tapered and integrated with each other.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the tip of the combiner 39 in a state where the tip of the capillary 53 and the tips of the input fibers 37a, 37b, and 37c are integrated.
  • An air gap 63 exists between the capillary and the input fiber.
  • step 6 the tip of the combiner is cut at a predetermined position 53c (FIG. 8C) and joined to the output fiber 41.
  • the (etched) tip portions of the input fibers 37a, 37b, and 37c and the capillaries are integrated by being melted and tapered.
  • the front end of the integrated melting portion is cut and joined to the output fiber 41 (FIG. 3).
  • the tips of the input fibers 37a, 37b, and 37c (and the core 57, the inner cladding 59, and the intermediate cladding 62 inside the fiber). ) Is also tapered by melting and stretching in step 5 above.
  • FIG. 8B is a view for explaining the structure and operation of the tapered input fiber tip.
  • the input fiber tip has a tapered core 57, a tapered inner cladding 59, and a tapered intermediate cladding 62.
  • the capillary 53 is omitted for simplicity.
  • the tip end portion of the input fiber is a part manufactured by melting and stretching the capillary 53 and the input fibers 37a, 37b, and 37c. Therefore, this tip has an air gap 63 between the capillary and the input fiber, and this air gap 63 may contain contaminants 66.
  • FIG. 8A is a diagram for explaining the structure of an input fiber and its operation in a conventional combiner manufactured by the same method as described above. As shown in FIG. 8A, the tip of the conventional combiner also has an air gap 113 between the capillary and the input fiber, and this air gap 113 may contain contaminants 16.
  • a point 114 indicates a position at which the inner cladding-air (quartz-air) interface becomes a critical angle.
  • the incident light enters the clad 109 from the core 107, and the boundary between the clad 109 and the air 113. Is totally reflected and returns to the center.
  • the contaminant 116 is attached to the boundary, the contaminant is heated by the laser beam at the attached portion.
  • laser light from a fiber laser has an extremely high intensity, extremely large heat is generated at the site. This heat accumulates and may damage the fiber.
  • point 64 shows the position where the intermediate cladding-air (fluorine-doped quartz-air) interface becomes the critical angle
  • point 65 shows the inner cladding-intermediate cladding (quartz-fluorine-doped quartz). ) Indicates the position where the boundary surface becomes the critical angle.
  • the total reflection is received at the boundary 301 between the inner cladding 59 and the intermediate cladding 62 and does not reach the outer surface of the intermediate cladding 62 where the contaminant 66 is present.
  • the combiner including the input fiber of the present embodiment the light intensity reaching the fiber surface where the contaminant 66 is present can be reduced as compared with the conventional input fiber.
  • the refractive index of the intermediate cladding is smaller than the refractive index of the inner cladding as already described.
  • the inner cladding refractive index is n1
  • the intermediate cladding refractive index is n2
  • (n1 ⁇ n2) / (n0 ⁇ n1) is preferably larger than 1, and larger than 2. More desirably, it is more preferably greater than 3.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a method for determining the refractive index of the intermediate cladding in more detail.
  • the horizontal axis indicates the radial position of the input fiber
  • the vertical axis indicates the refractive index.
  • the solid line indicates the distribution of the refractive index in the input fiber in the radial direction
  • n0 indicates the refractive index of the core 57
  • n1 indicates the refractive index of the inner cladding 59.
  • the broken line indicates the effective refractive index (modal index) n eff of the propagation mode propagating in the input fiber.
  • the effective refractive index n eff is such that the wave number of light propagating along a wave guide (ie, optical fiber) having a finite width in the lateral direction and having a refractive index greater than 1 is greater than the wave number of light propagating in a vacuum. It represents an increase and depends on the mode.
  • n eff is nothing but the refractive index of the medium, but n eff inside the wave guide depends on the mode and frequency of the propagating wave.
  • the effective refractive index is theoretically calculated as Helmholtz equation for each layer (core, inner cladding) of the optical fiber, and is obtained as the boundary condition of each layer, assuming that the amplitude and its first derivative are continuous, In practice, it is calculated with mode solver software. Of course, the calculated effective refractive index value depends on the refractive index distribution of the wave guide.
  • n eff (n LP01 ) slightly lower than the core refractive index n0 is obtained for LP01, for example. It is done.
  • n LP11 For mode LP11, a lower effective refractive index n LP11 is obtained, and for mode n LP41 , a lower effective refractive index (n LP41 ) is obtained which is lower than the refractive index of the cladding.
  • n LP41 a lower effective refractive index
  • n2 of the intermediate cladding is n2 ⁇ n LP41 .
  • n s denotes a refractive index of silica (SiO 2)
  • n x means a refractive index of the object x.
  • NA 2 NA LP41 . Therefore, for example, when NA LP41 is 0.15 to 0.16, NA 2 is preferably larger than these values.
  • NA 2 must be smaller than the NA of the output fiber in order to prevent light emitted from the combiner from the side of the output fiber. Therefore, when the NA of the output fiber is about 0.2 to 0.22, it is desirable to set the NA of the intermediate cladding to about 0.18.
  • the thickness of the intermediate cladding is determined from the relationship between the thickness and the average multimode light intensity at the side of the fiber.
  • 10 (a) to 10 (f) show a single mode or a multimode (LP01, LP11, LP21, LP02, LP31, LP12, LP12, LP41 modes in the input fiber used for the determination are equally stimulated or excited.
  • the calculation result of the light intensity distribution of mode) is shown.
  • the horizontal axis represents the radial distance from the fiber center, and the vertical axis represents the light intensity at each position.
  • the thin line represents the light intensity without the intermediate cladding
  • the thick line represents the light intensity with the intermediate cladding.
  • the intermediate cladding has a thickness of 15 ⁇ m before taper.
  • FIGS. 10A to 10C show the AA, BB, CC plane and A′-A ′, B′-B ′, C of FIG. 8 for the single mode.
  • FIG. 10 (d)-(f) shows the light intensity distribution in the '-C' plane
  • FIGS. 10 (d)-(f) show the AA, BB, CC plane and A'-A in FIG. The light intensity distribution on the ', B'-B', C'-C 'plane is shown.
  • FIG. 11 shows the calculation of the light intensity in the multimode shown in FIGS. 10D to 10F with respect to the thickness of the intermediate cladding of 0 ⁇ m, 5 ⁇ m, 10 ⁇ m, 15 ⁇ m, and 20 ⁇ m.
  • the axial average light intensity is calculated and summarized.
  • the NA of the intermediate cladding is 0.18
  • the taper ratio is 4.35.
  • the taper ratio represents the ratio between the diameter of the taper base end and the diameter of the taper tip.
  • seven multimodes were stimulated or excited with the same intensity.
  • the thickness of the intermediate cladding is 5, 10, 15, 20 ⁇ m (as before the taper)
  • the power load on the side surface of the fiber at the taper waist is about 5, 15, 23, 26 times. Each decreases. If the thickness exceeds 15 ⁇ m, the reduction efficiency decreases.
  • the optical load of about 10% or more can be reduced by setting the thickness of the intermediate clad to, for example, about 10 to 15 ⁇ m.
  • the optical load on the fiber surface by the multimode wave at the taper waist can be reduced to the optical load of the single mode wave.
  • heating in the waist portion can be significantly reduced. As described above, this is achieved by separating the inside of the carrier where contaminants exist in the waist portion and the side surface of the inner cladding by the intermediate cladding.

Abstract

光ファイバコンバイナの高熱化を抑制し、光ファイバおよび光ファイバコンバイナの損傷可能性を低減することが可能な光ファイバコンバイナを提供する。本発明の光ファイバコンバイナは、複数本の光ファイバを有する光ファイバコンバイナであって、各光ファイバは、コア５７とコアを取り囲む内部クラッド５９と前記内部クラッド５９を取り囲む中間クラッド６２とを備えたテーパ部を有し、前記中間クラッド６２の屈折率は内部クラッド５９の屈折率より小さい。内部クラッド５９から中間クラッド６２へ進もうとする光は、その入射角が（内部クラッドから中間クラッドを見たときの）臨界角より大きくなると内部クラッド５９と中間クラッド６２の境界面で反射される。従って内部クラッド５９から（汚染物、ゴミ等６６が存在する）中間クラッド６２へ実際に侵入する光の強度が減少し光ファイバコンバイナの高熱化が抑制される。

Description

中間クラッドの屈折率が内部クラッドの屈折率より小さい光ファイバコンバイナ、光ファイバ及びレーザ装置
　本発明は複数の光ファイバを他の光ファイバへ結合する光ファイバコンバイナと、光ファイバコンバイナに使用される光ファイバ、及び光ファイバコンバイナを使用するレーザ装置に関する。
　図１は、一般的な光ファイバコンバイナ（以下単にコンバイナとも呼ぶ）の模式図である。
　図１に示すように、光ファイバコンバイナ１００は、入力ファイバ１０１と、キャピラリチューブ（以下単にキャピラリとも呼ぶ）１０３とを有する。このキャピラリチューブ１０３は、入力ファイバ１０１の先端部を収容し、領域１０２でテーパ化され、毛細管化された入力ファイバ１０１を保持する領域１０４を備える。前記入力ファイバ１０１の先端部とキャピラリ１０３とは、領域１０４で溶融化されている。この溶融化されたコンバイナは、位置１０５で切断され、切断位置１０５で出力ファイバ１０６の切断端部に接合されている。
　このようなテーパ化された光ファイバコンバイナは、例えば以下のように製造される。
　まずテーパ部１０２を有するキャピラリ１０３が作成される。
　次に、後に詳述するように複数の入力ファイバ１０１の先端部のクラッド材の厚みをエッチングで除去し細くした後これらを束に揃え、この束をキャピラリ１０３に挿入する。
　その後、先端部を溶融し更にテーパ化した後、ウェスト部１０４の先端部１０５を切断する。そして切断部１０５を出力ファイバ１０６に接合する。
　これらの工程のうちテーパ化が最も重要な工程である。すなわち低次モード（ＬＭ）およびマルチモード（ＭＭ）の入力ファイバを束ねるコンバイナにおいては、複数のファイバを束ねる通常の方法は、それらのファイバを、不純物をドープして低屈折率としたキャピラリ１０３に平行に挿入することである（図１）。このようなキャピラリは、単純なチューブの形態あるいは特許文献１に記載されるような複数の孔を有したプリフォームと云う複雑な形態とすることができる。
　なお、前述した製造工程において入力ファイバの先端部のクラッド材の厚みをエッチングにより除去する理由は以下の通りである。
　すなわち、コンバイナの入力ファイバは、例えばファイバレーザ（ファイバ増幅器）の出力ファイバと実質的に同一である。ここで、高出力ファイバレーザの典型的な出力ファイバはダブルクラッド（二重クラッド（ＤＣ））ファイバであり、それらは２０～３０μｍ程度のコア直径と、４００～５００μｍ程度の内部クラッド直径を有する。これが結果として、ファイバコアの間の大きな間隔をもたらす。したがって、テーパ率は増大し、コンバイナ入力端におけるビーム開口数ＮＡが非常に大きくなり、結果として伝播効率が低下しビーム品質が低下する。さらに、テーパ比率が大きくなると、装置の寸法が大きくなりパッケージングが難しくなる。
　そこで、ファイバの先端部のクラッドをエッチングで一部除去し小径化する。
　図２（ａ）、（ｂ）は、２重クラッドファイバにおけるクラッドのエッチングを示す模式図であり、図２（ａ）はエッチング前のファイバ、図２（ｂ）はエッチング後のファイバを示す。
　図２に示すように、ファイバ先端部においてクラッド１０９を境界１０８でエッチングし小さな直径にする。例えば図２（ｂ）において、表面１１１は１００μｍ程度の直径を有する。なお、図２（ａ）で最外層１１０は、２重層フルオロアクリレートポリマーからなる外側クラッドである。
米国特許出願出版番号２００９／０１５４８８１Ａ１
　しかしながら、従来のコンバイナでは以下の問題がある。すなわち、前記ファイバの束がテーパ化されている部位において、ファイバ外部表面とキャピラリの内部表面との間にはエアギャップが存在する。そして、ファイバとキャピラリが単一物に溶融された後にもこの部位にはエアギャップが存在する。このエアギャップのため、前記ファイバ外部表面において微視的な汚染物が存在する虞がある。
　一方、前記テーパが形成される光ファイバ部位では、ファイバ側面のパワー密度が極めて大きくなる。例えば、テーパ化されたコンバイナにおいて、エッチングされた入力ファイバのダブルクラッドファイバ（図２）で、３０μｍ（ＮＡ　０．０７５）のコアと、１００μｍ以下の石英クラッドが、テーパ率４．３５で１０ＭＭに亘ってテーパ化されているとする。このテーパ率は前記ファイバを５０μｍの出力ファイバに結合するために設定されている。このコンバイナに、ＳＭ又はＭＭ光線が入力された場合を考える。例えば、ＳＭ波はＬＰ０１であり、ＭＭ波は、７つの同等に刺激又は励起（ｅｘｃｉｔｅ）されたモード（ＬＰ０１，　ＬＰ１１，　ＬＰ２１，　ＬＰ０２，　ＬＰ３１，　ＬＰ１２，　ＬＰ４１）の波を意味する。すると、ＭＭ入力波でのファイバ側面のパワー負荷は、テーパウェストに近づくにつれ、ＳＭ入力波でのファイバ側面のパワー負荷より極めて大きくなる（例えばテーパ率が３．７５より大きいときＭＭ入力波でのファイバ側面のパワー負荷はＳＭ入力波でのファイバ側面のパワー負荷の２０倍以上になる）。
　したがって、入力ファイバの側面では、微視的な汚染物によってでさえも、高強度のレーザ光により局所的な高加熱スポットが形成される虞がある。このようなスポットからの熱は容易に除去することができない。従って、ファイバ側面に欠陥等が形成され、且つ、形成された欠陥が成長し、ファイバおよびコンバイナが損傷する虞がある。
　本発明は、上記課題を解決し得る光ファイバコンバイナと、光ファイバコンバイナに使用される光ファイバ、及び光ファイバコンバイナを使用したレーザ装置を提供することを目的とする。より特定には、本発明は、光ファイバコンバイナの高熱化を抑制し、光ファイバおよび光ファイバコンバイナの損傷可能性を低減することが可能な光ファイバコンバイナを提供することを目的とする。
　本発明の一側面によると、複数本の入力ファイバを出力ファイバへ結合する光ファイバコンバイナであって、複数本の入力ファイバと、複数本の入力ファイバの外周に複数本の入力ファイバを覆うキャピラリと、を含み、複数本の入力ファイバにおける各光ファイバは、コアと、コアを取り囲む内部クラッドと、前記内部クラッドを取り囲む中間クラッドとを備えたテーパ部を有し、各光ファイバのテーパ部は、４≦Ｔｒ≦５のテーパの度合いＴｒを有し、前記中間クラッドの屈折率は前記内部クラッドの屈折率より小さく、前記中間クラッドの開口数ＮＡ２は、前記出力ファイバの開口数ＮＡｏより小さく、前記中間クラッドは、フッ素化ドープシリカを含み、厚さが５μｍ以上である光ファイバコンバイナが提供される。
　本発明の他の側面によると、複数本の光ファイバを有する光ファイバコンバイナであって、各光ファイバは、コアと、コアを取り囲む内部クラッドと、前記内部クラッドを取り囲む中間クラッドとを備えたテーパ部を有し、前記中間クラッドの屈折率は前記内部クラッドの屈折率より小さい光ファイバコンバイナが提供される。
　好ましくは、本発明の他の側面において、前記テーパ部のテーパの度合いＴｒは、４≦Ｔｒ≦５である。
　好ましくは、本発明の他の側面において、光ファイバコンバイナは、複数本の光ファイバの外周に複数本の光ファイバを覆うキャピラリを有している。
　好ましくは、本発明の他の側面において、前記中間クラッドの開口数ＮＡ２は、光ファイバコンバイナによって結合される出力ファイバの開口数ＮＡｏより小さい。
　好ましくは、本発明の他の側面において、前記中間クラッドの厚さは、前記各光ファイバに入力されるレーザ光の波長の１０倍以上である。
　好ましくは、本発明の他の側面において、前記中間クラッドは、フッ素化ドープシリカを含む。
　好ましくは、本発明の一側面または他の側面において、前記中間クラッドの開口数ＮＡ２は、多重モードの開口数より大きく、光ファイバコンバイナによって結合される出力ファイバの開口数ＮＡｏより小さい。
　好ましくは、本発明の一側面または他の側面において、前記中間クラッドの厚さは、テーパ化前において、前記各光ファイバに入力されるレーザ光の波長の１０倍以上で、且つ、前記内部クラッドの直径の２０％以内である。
　好ましくは、本発明の一側面または他の側面において、前記中間クラッドの開口数は、０．１８―０．２０以上であり、光ファイバコンバイナによって結合される出力ファイバの開口数（０．２０ー０．２２）を越えない。
　好ましくは、本発明の一側面または他の側面において、前記コア、前記内部クラッド、および前記中間クラッドの屈折率をそれぞれｎ０、ｎ１，ｎ２とするとき、（ｎ０－ｎ２）／（ｎ０－ｎ１）は、1より大きい。
　本発明の別の側面によると、本発明の一側面による光ファイバコンバイナに使用される光ファイバであって、コアと、コアを取り囲む第１内部クラッドと、前記第１内部クラッドを取り囲む中間クラッドと、前記中間クラッドを取り囲む第２内部クラッドを備え、前記中間クラッドの屈折率は前記第１内部クラッドの屈折率より低い光ファイバが提供される。
　本発明の更に別の側面によると、複数のファイバレーザと、出力ファイバと、前記ファイバレーザを前記出力ファイバへ結合するための本発明の一側面または他の側面による光ファイバコンバイナと、を有するレーザ装置が提供される。
　本発明の光ファイバコンバイナは、複数本の入力用光ファイバを有する光ファイバコンバイナであって、各入力用光ファイバは、コアと内部クラッドと内部クラッドの外側に形成した中間クラッドとを有している。ここに中間クラッドの屈折率は内部クラッドの屈折率より小さい。
　上記光ファイバコンバイナによれば、キャピラリチューブの内側に存在する汚染物は、中間クラッドに接するのみであり内部クラッドに接することはない。一方、内部クラッドを伝播するレーザ光はほとんど内部クラッドと中間クラッドとの境界面で全反射される。したがって、内部クラッドを伝播するレーザ光の大半は、前記中間クラッドの外側に付着する汚染物と接触することはない。したがって、光ファイバコンバイナを加熱するレーザ光の強度を低減することができる。
　なお上記光ファイバコンバイナにおいて、中間クラッドの開口数ＮＡ２は、マルチモードのモーダルインデックスに基づく開口数より大きく、出力ファイバの開口数ＮＡｏよりも小さいことが望ましい。
　上記光ファイバコンバイナによれば、光ファイバコンバイナから出射されたレーザ光は出力ファイバ内で漏洩が生ずることがない角度でこの出力ファイバに入射される。
　上記中間クラッドの厚さはレーザ光の波長の１０倍以上であるのが好ましい。
　上記構成により、中間クラッドの外側側面に到達するレーザ光の光強度を十分に小さくすることができる。ここに、「十分」とは中間クラッドの損傷を招かない程度にその光強度が小さくなるという意味である。
　本発明によれば、光ファイバコンバイナの高熱化を抑制することができ、光ファイバおよび光ファイバコンバイナの損傷可能性を低減できる。
図１は、一般的なファイバコンバイナの模式図である。 図２は、従来のダブルクラッドファイバにおいて、内側クラッド部分が境界線においてエッチングされその外側が除去されることを示す模式図である。 図３は、本発明の一実施形態におけるレーザ装置を示す模式図である。 図４は、本発明の一実施形態のコンバイナの製造方法を説明するための模式図である。 図５は、本発明の一実施形態のコンバイナにおける入力ファイバの模式図であり、図５（ａ）は、前記入力ファイバのエッチング前の断面図であり、図５（ｂ）は、前記入力ファイバにおいて外側クラッド部をエッチングにより除去したあとの前記入力ファイバの断面図と、コアおよび内部クラッドおよび中間クラッドの屈折率の事例を示す。 図６は、従来のコンバイナと本発明の実施形態のコンバイナの先端部の模式図であり、図６（ａ）は、従来のコンバイナの先端部の断面図、図６（ｂ）は本発明の実施形態のコンバイナの先端部の断面図である。 図７は、キャピラリと入力ファイバ先端部が一体化した状態における本発明の実施形態のコンバイナの先端部の断面図である。 図８は、従来のコンバイナと本発明の実施形態のコンバイナの入力ファイバにおける光の伝播を示す図であり、図８（ａ）は、従来の光コンバイナの入力ファイバにおける光の伝播を示す図であり、図８（ｂ）は、本願発明の実施形態の入力ファイバにおける光の伝播を示す図であり、図８（ｃ）は、コンバイナ全体におけるＡ－Ａ，Ｃ－Ｃ，Ａ’－Ａ’，Ｃ’－Ｃ’の位置を示す模式図である。 図９は、入力ファイバのコア屈折率及び、内部クラッド屈折率（石英屈折率）、中間クラッド部屈折率及び、テーパ化された入力ファイバを伝播する光のモーダルインデックス（モーダル実効屈折率）の関係を示す図である。 図１０は、本発明の実施形態のコンバイナの入力ファイバの半径方向の光強度分布を示す図であり、図１０（ａ）―（ｃ）は、本発明の実施形態の入力ファイバに、ＳＭ波が入力された場合の半径方向の光強度分布を示す図であり、図１０（ｄ）―（ｆ）は、本発明の実施形態の入力ファイバに、ＭＭ波が入力された場合の半径方向の光強度分布を示す図である。 図１１は、本発明の実施形態のコンバイナにおける、中間クラッドの厚さと、テーパウェストにおけるファイバ側面での光負荷との関係を示す図である。
　以下、本発明の実施形態を図３乃至図１１を用いて説明する。
　図３は本発明の一実施形態によるレーザ装置３１の概要を示す模式図である。
　図３に示すように、このレーザ装置３１は、ファイバレーザ３３ａ，３３ｂ，３３ｃと、モジュールファイバ３５ａ，３５ｂ，３５ｃと、（コンバイナ用）入力ファイバ３７ａ，３７ｂ，３７ｃと、コンバイナ３９と、出力ファイバ（フィードファイバ）４１とを有する。
　前記モジュールファイバ３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、例えば３０μｍの径のコアを有し、開口数ＮＡは例えば０．０８程度である。
　入力ファイバ３７ａ，３７ｂ，３７ｃは、例えば、３０μｍの径のコアを有し、開口数ＮＡは０．０８程度である。
　出力ファイバ４１は、例えば５０μｍ程度の径のコアを有し、開口数ＮＡは例えば０．２０～０．２２程度である。
　コンバイナ３９は、図１のファイバと同様にテーパ化されたキャピラリの内部に複数の入力ファイバ３７ａ，３７ｂ，３７ｃの先端部が挿入され、コンバイナの先端が出力ファイバ４１に接合（スプライス）されている。なお、後述するように、複数の入力ファイバ３７ａ，３７ｂ，３７ｃの先端部の内部クラッドはエッチングにより除去されている。
　図４乃至図７は、前記コンバイナ３９の製造方法を説明するための図である。
　ステップ１では、図４（ａ）に示すように、テーパ部５３ａ及びウェスト部５３ｂを有するキャピラリ５３を作成する。
　このようなテーパ化されたキャピラリは、平行なキャピラリチューブの中央部を加熱し溶融した後、チューブ両端を引き延ばすことにより中央部にウェスト部５３ｂを形成し、このウェスト部５３ｂでそのキャピラリを切断することにより作成される。なお、このようなキャピラリの一例は、例えば特許文献１の図３に開示されている。但し、特許文献１では多重孔のキャピラリチューブが開示されているが、この実施形態では単一孔のキャピラリチューブを使用する。
　ステップ２では、入力ファイバ３７ａ，３７ｂ，３７ｃとして、図５（ａ）に示す３重クラッドファイバを用意する。図５に示すように前記３重クラッドファイバは、コア５７（ＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３；ＮＡ＝０．０８）と、石英（ＳｉＯ２）からなる内部クラッド５９と、２重層フルオールアクリレートポリマー（ｄｕａｌ－ｌａｙｅｒ　ｆｌｕｏｒｏａｃｒｙｌａｔｅ　ｐｏｌｙｍｅｒ）からなる外部クラッド６０とを有する。そして内部クラッド５９の内部に、中間クラッド６２としてフッ素でドープされたシリカ層が導入されている。ここで中間クラッド６２の屈折率ｎ２は内部クラッド５９の屈折率ｎ１より低い（図５（ｂ）参照）。
　ステップ３では、図４（ｂ）に示されるように、前記３重クラッドファイバの先端部（キャピラリ５３のテーパ部５３ａ及びウェスト部５３ｂに挿入される部位）２６１（図４（ｂ））をエッチングで除去する。
　図５（ａ）、（ｂ）は、前記エッチングの詳細を説明するための図である。
　図５（ａ）は、エッチング前の入力ファイバの断面図であり、エッチングされるクラッドの境界５８は、中間クラッド６２の外表面（厳密にはその少し内側）に位置する。
　そして、前記境界５８より外側の内部クラッド５９及び外側クラッド６０をエッチングで除去することにより、図５（ｂ）に示すように、コア５７と、これを取り囲む内部クラッド５９と、内部クラッド５９を取り囲む中間クラッド６２と、から成るファイバ先端部が形成される。換言すれば、前記ファイバ先端部は、中間クラッド６２からなる外周６１を有する。
　図５（ｂ）の下方に示されているように、コア５７は屈折率ｎ０を有し、内部クラッド５９はｎ０より小さい屈折率ｎ１を有し、中間クラッド６２はｎ１よりもさらに小さい屈折率ｎ２を有する。なお、図示された例ではｎ１とｎ２との差はｎ０とｎ１の差の４倍程度である。
　ステップ４では、入力ファイバ３７ａ、３７ｂ、３７ｃの先端部が前記キャピラリ５３のテーパ部５３ａ及びウェスト部５３ｂ（図４（ａ））に挿入される。
　図６（ｂ）はこの状態におけるコンバイナ先端部の断面図を示す。
　図６（ｂ）に示すように、キャピラリ５３の内部にはエアギャップ６３が形成されている。このエアギャップ６３には既に述べたように汚染物が含まれている虞がある。
　なお、図６（ａ）は、従来のコンバイナにおいて、キャピラリ１０３の先端部におけるファイバの配置を示す。従来のコンバイナにおいてもキャピラリとクラッドの間にエアギャップ１１３が形成されている。
　ステップ５では、前記キャピラリが、挿入された入力ファイバと共に、再度加熱、溶融され且つ引き延ばされる。これにより入力ファイバ及びキャピラリが更にテーパ化され且つ相互に一体化される。
　図７は、キャピラリ５３の先端部と入力ファイバ３７ａ，３７ｂ，３７ｃの先端部が一体化した状態におけるコンバイナ３９の先端部の断面図である。
　キャピラリと入力ファイバとの間にはエアギャップ６３が存在する。
　ステップ６では、前記コンバイナ先端部が所定の位置５３ｃ（図８（ｃ））で切断され出力ファイバ４１と接合される。既に述べたように、このとき入力ファイバ３７ａ，３７ｂ，３７ｃの（エッチングされた）先端部とキャピラリは溶融されテーパ化されることにより一体化されている。この一体化された溶融部の先端が切断され、出力ファイバ４１（図３）と接合される。
　上記製造方法から理解されるように、コンバイナ３９においてはキャピラリ５３と共に（キャピラリ５３に挿入された）入力ファイバ３７ａ，３７ｂ，３７ｃの先端部（及びファイバ内部のコア５７，内部クラッド５９、中間クラッド６２）も、前記ステップ５における溶融、引き延ばしによりテーパ化されている。
　図８（ｂ）は、前記テーパ化された入力ファイバ先端部の構造および作用を説明するための図である。
　図８（ｂ）に示すように入力ファイバ先端部は、テーパ化されたコア５７と、テーパ化された内部クラッド５９と、テーパ化された中間クラッド６２とを有する。ここでは簡単のためキャピラリ５３は省略されている。
　既に述べたように、前記入力ファイバ先端部は、キャピラリ５３と入力ファイバ３７ａ，３７ｂ，３７ｃとを溶融し且つ引き延ばすことにより製造された部位である。従って、この先端部はキャピラリと入力ファイバの間に、エアギャップ６３を有し且つ、このエアギャップ６３は、汚染物６６を含んでいる虞がある。
　図８（ａ）は上記と同様の方法によって製造された従来のコンバイナにおける入力ファイバの構造およびその作用を説明するための図である。図８（ａ）に示すように、従来のコンバイナの先端部もキャピラリと入力ファイバの間にエアギャップ１１３を有し、このエアギャップ１１３は、汚染物１６を含む虞がある。
　図８（ａ）において、点１１４は、内部クラッド－空気（石英－空気）境界面が臨界角となる位置を示す。
　図８（ａ）に示すように、従来のコンバイナの入力ファイバにおいては、多重モード光が入射されると、入射された光はコア１０７からクラッド１０９へ侵入し、クラッド１０９と空気１１３との境界で全反射されて中心方向へ戻る。この場合に、前記境界に汚染物１１６が付着していると、この付着部分で汚染物がレーザ光により加熱される。特に、ファイバレーザからのレーザ光は極めて高い強度を有するため、前記部位では極めて大きな熱が生成される。そしてこの熱が累積しファイバが損傷する虞がある。
　一方、図８（ｂ）において、点６４は、中間クラッド－空気（フッ素ドープ石英－空気）境界面が臨界角となる位置を示し、点６５は、内部クラッド－中間クラッド（石英－フッ素ドープ石英）境界面が臨界角となる位置を示す。
　上記従来のコンバイナの入力ファイバに比して、本件発明の実施形態のコンバイナの入力ファイバにおいては、図８（ｂ）に示すように、コア５７から内部クラッド５９に進入したレーザ光は、点６５で全反射を受ける場合に、内部クラッド５９と中間クラッド６２との境界３０１で全反射を受け、汚染物６６が存在する中間クラッド６２の外表面には達しない。
　したがって、このようなレーザ光は、汚染物６６を介してファイバのテーパ部を加熱することがない。換言すれば、本実施形態の入力ファイバを含むコンバイナによれば、汚染物６６が存在するファイバ表面に到達する光強度を、従来の入力ファイバに比較して低減することができる。
　この場合、中間クラッドの屈折率は既に述べたように、内側クラッドの屈折率よりも小さいのが好ましい。さらに、コア屈折率をｎ０とし、内部クラッド屈折率をｎ１とし、中間クラッド屈折率をｎ２とするとき、（ｎ１－ｎ２）／（ｎ０－ｎ１）は、１より大きいことが望ましく、２より大きいことがさらに望ましく、３より大きいことがさらに好ましい。
　図９は、中間クラッドの屈折率を更に詳細に決定する方法を説明するための図である。
　図９において横軸は入力ファイバの半径方向の位置を示し、縦軸は屈折率を示す。実線は、入力ファイバにおける屈折率の半径方向の分布を示し、ｎ０はコア５７の屈折率、ｎ１は内部クラッド５９の屈折率を示す。
　これに対して破線は、入力ファイバ中を伝播する伝播モードの実効屈折率（モーダルインデックス（ＭＯＤＡＬ　ＩＮＤＥＸ））ｎｅｆｆを示す。実効屈折率ｎｅｆｆは、横方向に有限の幅を有し且つ１より大きい屈折率を有する波ガイド（すなわち光ファイバ）に沿って伝播する光の波数が、真空中を伝播する光の波数より増大することを表し、モード等に依存する。
　すなわちｚ方向に伝播する波の振幅Ａ（ｚ）について、ｎｅｆｆは、
Ａ（ｚ）＝　Ａ（０）＊ｅｘｐ（γｚ）
γ　＝　ｉ　β
β＝　ｎｅｆｆ＊２π／λ
で定義され、横方向に無限に広がる平面波については、ｎｅｆｆは媒質の屈折率に他ならないが、前記波ガイドの内部でのｎｅｆｆは、伝播する波のモード及び周波数に依存する。
　前記実効屈折率は、理論的には、光ファイバの各層（コア、内部クラッド）についてそれぞれヘルムホルツ方程式が成立するとし、各層の境界条件として振幅及びその１回微分が連続であるとして求められるが、実用上は、モードソルバーソフトウェアで計算される。勿論計算される実効屈折率の値は、波ガイドの屈折率分布に依存する。
　そして、例えば前記コア及び内部クラッドのみが存在するとして、前記方程式を解くことにより、図９の破線に示すように、例えばＬＰ０１についてはコア屈折率ｎ０よりも若干低いｎｅｆｆ（ｎＬＰ０１）が得られる。
　モードＬＰ１１については、より低下した実効屈折率ｎＬＰ１１が得られ、モードｎＬＰ４１についてはさらに低く、クラッドの屈折率より低い実効屈折率（ｎＬＰ４１）が得られる。そして、よく知られているように実効屈折率が内部クラッド屈折率ｎ１より小さくなると、これらのモードは内部クラッドを通過し拡散してしまう。したがって、本発明の実施形態においては、この拡散を防止するために中間クラッドを設けたものである。例えば、モードＬＰ４１の光の拡散を防止する（換言すればモードＬＰ４１の光を閉じ込める）ためには、中間クラッドの屈折率ｎ２を、ｎ２＜ｎＬＰ４１とするのが好ましい。
　この関係は対象物の開口数ＮＡで表現する方が理解し易いのでこれを用いて説明すると以下の通りである。すなわち一般に対象物ｘのＮＡｘは、
　ＮＡｘ　＝　（ｎｓ ２　－　ｎｘ ２）１／２
を意味する。ここにｎｓは、石英（ＳｉＯ２）の屈折率を意味し、ｎｘは対象物ｘの屈折率を意味する。例えば中間クラッドの屈折率をｎ２とすると、中間クラッドのＮＡ２は、
　ＮＡ２　＝　（ｎｓ ２　－　ｎ２ ２）１／２
となる。
　従って、上記中間クラッドでのモードｎＬＰ４１の閉じこめの条件を、開口数ＮＡで表すと、ＮＡ２＞ＮＡＬＰ４１となる。よって例えばＮＡＬＰ４１が０．１５～０．１６となる場合、ＮＡ２はこれらの値より大きな値とするのが好ましい。
　一方、コンバイナから出力ファイバに射出された光が出力ファイバの側面から射出することを防止するためには、ＮＡ２は出力ファイバのＮＡよりも小さくなければならない。従って出力ファイバのＮＡが０．２～０．２２程度の場合、中間クラッドのＮＡは０．１８程度に設定するのが望ましい。
　次に、中間クラッドの厚さの決定方法について説明する。中間クラッドの厚さは，厚さとファイバ側面でのマルチモードの平均光強度の関係から決定される。
　図１０（ａ）－（ｆ）は、前記決定に用いられる入力ファイバ中のシングルモードあるいはマルチモード（ＬＰ０１，　ＬＰ１１，　ＬＰ２１，　ＬＰ０２，　ＬＰ３１，　ＬＰ１２，　ＬＰ４１のモードが均等に刺激又は励起されたマルチモード）の光強度分布の計算結果を示す。横軸は、ファイバ中心からの半径方向の距離を表し、縦軸は各位置での光強度を表す。図１０中、細線は中間クラッドを持たない場合の光強度を表し、太線は中間クラッドを持つ場合の光強度を表す。また、この計算では、中間クラッドはテーパ化前、１５μｍの厚さを有する。
　より詳細には、図１０（ａ）－（ｃ）は、シングルモードについての、図８のＡ－Ａ，Ｂ－Ｂ，Ｃ－Ｃ　面及びＡ’－Ａ’，Ｂ’－Ｂ’，Ｃ’－Ｃ’面での光の強度分布を示し、図１０（ｄ）－（ｆ）は、マルチモードについての、図８のＡ－Ａ，Ｂ－Ｂ，Ｃ－Ｃ面及びＡ’－Ａ’，Ｂ’－Ｂ’，Ｃ’－Ｃ’面での光強度分布を示す。
　図１１は、図１０（ｄ）－（ｆ）に示した多重モードの光強度計算を中間クラッドの厚さ０μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍについて行い、厚さ毎に、テーパウェスト領域での軸方向平均光強度を計算し、これらを纏めたものである。ここで中間クラッドのＮＡは０．１８であり、テーパ比は４．３５である。なお、テーパ比は、テーパ基端部の直径とテーパ先端部の直径の比を表すものである。また、計算において７個の多重モードを同じ強度で刺激又は励起した。
　図１１から理解されるように、中間クラッドの厚さに応じて、テーパ化ウェストにおいてファイバ側面の光負荷が低減することが理解される。
　より詳細には、中間クラッドの厚さが（テーパ化以前の値で）５，１０，１５，２０μｍとなることで、テーパウェストでのファイバ側面のパワー負荷が５，１５，２３，２６倍程度それぞれ減少する。なお、厚さが１５μｍを越えると低減効率は減少する。
　これによれば、中間クラッドの厚さを、例えば１０～１５μｍ程度にすることにより、約１０％以上の光負荷を低減することができる。
　また、厚さを１５μｍ程度にすることにより、テーパウェストにおけるマルチモード波によるファイバ表面の光負荷を、シングルモード波の光負荷程度に減少させることができる。
　以上のとおり、本発明の実施形態のコンバイナによれば、ウェスト部における加熱を著しく低減することができる。これは、上記したようにウェスト部において汚染物が存在するキャリア内側と、内側クラッドの側面とを中間クラッドにより分離されることにより達成される。

Claims (13)

  1. 　複数本の入力ファイバを出力ファイバへ結合する光ファイバコンバイナであって、
    　複数本の入力ファイバと、
    　複数本の入力ファイバの外周に複数本の入力ファイバを覆うキャピラリと、
    を含み、
    　複数本の入力ファイバにおける各光ファイバは、コアと、コアを取り囲む内部クラッドと、前記内部クラッドを取り囲む中間クラッドとを備えたテーパ部を有し、
    　各光ファイバのテーパ部は、４≦Ｔｒ≦５のテーパの度合いＴｒを有し、
    　前記中間クラッドの屈折率は前記内部クラッドの屈折率より小さく、
    　前記中間クラッドの開口数ＮＡ２は、前記出力ファイバの開口数ＮＡｏより小さく、
    　前記中間クラッドは、フッ素化ドープシリカを含み、厚さが５μｍ以上である
    光ファイバコンバイナ。
  2. 　複数本の光ファイバを有する光ファイバコンバイナであって、
    　各光ファイバは、コアと、コアを取り囲む内部クラッドと、前記内部クラッドを取り囲む中間クラッドとを備えたテーパ部を有し、
    　前記中間クラッドの屈折率は前記内部クラッドの屈折率より小さい
    光ファイバコンバイナ。
  3. 　前記テーパ部のテーパの度合いＴｒは、４≦Ｔｒ≦５である請求項２の光ファイバコンバイナ。
  4. 　複数本の光ファイバの外周に複数本の光ファイバを覆うキャピラリを有している請求項２乃至３の何れかに記載の光ファイバコンバイナ。
  5. 　前記中間クラッドの開口数ＮＡ２は、光ファイバコンバイナによって結合される出力ファイバの開口数ＮＡｏより小さい請求項２乃至４の何れかに記載の光ファイバコンバイナ。
  6. 　前記中間クラッドの厚さは、前記各光ファイバに入力されるレーザ光の波長の１０倍以上である請求項２乃至５の何れかに記載の光ファイバコンバイナ。
  7. 　前記中間クラッドは、フッ素化ドープシリカを含む請求項２乃至６の何れかに記載の光ファイバコンバイナ。
  8. 　前記中間クラッドの開口数ＮＡ２は、多重モードの開口数より大きく、光ファイバコンバイナによって結合される出力ファイバの開口数ＮＡｏより小さい請求項１乃至７の何れかの光ファイバコンバイナ。
  9. 　前記中間クラッドの厚さは、テーパ化前において、前記各光ファイバに入力されるレーザ光の波長の１０倍以上で、且つ、前記内部クラッドの直径の２０％以内である請求項１乃至７の何れかの光ファイバコンバイナ。
  10. 　前記中間クラッドの開口数は、０．１８―０．２０以上であり、光ファイバコンバイナによって結合される出力ファイバの開口数（０．２０ー０．２２）を越えない請求項１乃至７の何れかの光ファイバコンバイナ。
  11. 　前記コア、前記内部クラッドおよび前記中間クラッドの屈折率をそれぞれｎ０、ｎ１，ｎ２とするとき、（ｎ０－ｎ２）／（ｎ０－ｎ１）は、1より大きい請求項１乃至７の何れかの光ファイバコンバイナ。
  12. 　請求項１の光ファイバコンバイナに使用される光ファイバであって、
    　コアと、コアを取り囲む第１内部クラッドと、前記第１内部クラッドを取り囲む中間クラッドと、前記中間クラッドを取り囲む第２内部クラッドを備え、
    　前記中間クラッドの屈折率は前記第１内部クラッドの屈折率より低い光ファイバ。
  13. 　複数のファイバレーザと、出力ファイバと、前記ファイバレーザを前記出力ファイバへ結合するための請求項１乃至７の何れかの光ファイバコンバイナと、を有するレーザ装置。
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