WO2020184358A1 - レンズ部材、導光部材、及びレーザ装置 - Google Patents

レンズ部材、導光部材、及びレーザ装置 Download PDF

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智之 藤田
有也 坂口
研介 島
健太郎 市井
秀徳 宮内
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Fujikura Ltd
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • 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
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • 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
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media

Definitions

  • the present invention relates to a lens member, a light guide member, and a laser device, and particularly relates to a lens member used in a light guide member such as an optical combiner.
  • laser devices that output high-power laser light using a plurality of laser light sources such as fiber lasers have been developed.
  • the laser light output from a plurality of laser light sources is combined by an optical combiner and output from an output optical fiber, but the divergence angle of the light incident on the optical combiner from the plurality of laser light sources is large.
  • light loss may occur without good coupling to the output optical fiber.
  • a GRIN (Gradient Index) lens having a predetermined refractive index distribution may be incorporated on the incident side of the optical combiner to reduce the divergence angle of the laser beam incident on the optical combiner. It is considered (see, for example, Patent Document 1).
  • the consideration for the high-order mode light is not sufficiently examined, and even if the divergence angle of the basic mode light is suppressed to be small, the divergence angle of the high-order mode light becomes large. There is a problem.
  • Such high-order mode light having a large divergence angle may cause light loss in the optical system on the downstream side, and may also cause the tail of the intensity distribution of the propagating light to widen.
  • the present invention has been made in view of such problems of the prior art, and a first object of the present invention is to provide a lens member capable of suppressing the divergence angle of high-order mode light emitted.
  • a second object of the present invention is to provide a light guide member capable of reducing light loss caused by high-order mode light having a large divergence angle.
  • a third object of the present invention is to provide a laser device capable of outputting a laser beam having a good intensity distribution.
  • a lens member capable of suppressing the divergence angle of the emitted higher-order mode light to be small.
  • This lens member includes a lens incident surface on which input light is incident, and a lens emitting surface on the side opposite to the lens incident surface in the optical axis direction.
  • the lens member has a length corresponding to (2n-1) / 4 pitch with respect to the input light, where n is a positive integer.
  • the lens member has a refractive index distribution in which the refractive index gradually decreases from the central portion toward the outer peripheral edge portion in the radial direction.
  • the refractive index difference ⁇ between the central portion and the peripheral portion is an optical path from the central portion of the incident surface of the lens to the peripheral edge of the lens with respect to the light of the basic mode incident on the incident surface of the lens. larger than the refractive index difference delta 01 to realize.
  • a light guide member capable of reducing light loss caused by higher-order mode light having a large divergence angle.
  • the light guide member includes at least one lens member made of the above-mentioned lens member, at least one input optical fiber connected to the lens incident surface of the at least one lens member, and a bridge fiber.
  • the bridge fiber includes a bridge incident surface connected to the lens emitting surface of at least one lens member, a reduced diameter portion whose diameter gradually decreases as the distance from the bridge incident surface along the optical axis direction increases, and the above. It has a bridge exit surface on the opposite side of the bridge entrance surface in the optical axis direction.
  • the light guide member further includes an output optical fiber connected to the bridge exit surface of the bridge fiber.
  • a laser apparatus capable of outputting a laser beam having a good intensity distribution.
  • This laser device includes at least one laser light source that generates a laser beam and the light guide member described above.
  • the laser light from the at least one laser light source is input to the at least one input optical fiber of the light guide member.
  • a laser apparatus capable of outputting a laser beam having a good intensity distribution.
  • This laser device includes a laser light source that generates laser light, the lens member described above, and an output optical fiber connected to the lens emitting surface of the lens member. The laser beam from the laser light source is input to the lens incident surface of the lens member.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a laser device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an optical combiner in the laser device of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic view showing one of the lens members in FIG. 2 together with the refractive index distribution.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an optical path of basic mode light and higher-order mode light when the lens member in FIG. 2 is designed by a conventional GRIN lens design method.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an optical path of basic mode light and higher-order mode light in the lens member in FIG. 2.
  • Figure 6A is a graph showing the relationship between the cumulative power of the light emitted from the lens exit surface and the divergence angle in the case the refractive index difference between the central portion and the peripheral portion of the lens member delta was the case with delta 11 which was delta 01 Is.
  • FIG. 6B is an enlarged graph showing a part of FIG. 6A.
  • Figure 7A shows the relationship between the divergence angle and the cumulative power of the light emitted from the bridge exit surface of the bridge fiber when the refractive index difference between the central portion and the peripheral portion of the lens member delta was the case with delta 11 which was delta 01 It is a graph which shows.
  • FIG. 7B is an enlarged graph showing a part of FIG. 7A.
  • FIGS. 1 to 7B the same or corresponding components are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. Further, in FIGS. 1 to 7B, the scale and dimensions of each component may be exaggerated or some components may be omitted.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a laser device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the laser apparatus 1 in the present embodiment includes a plurality of laser light sources 2 that generate laser light, and an optical combiner 3 as a light guide member to which laser light from each laser light source 2 is input.
  • a laser emitting portion 4 provided at an end portion on the downstream side of the optical combiner 3 is provided.
  • the respective laser light sources 2 and the optical combiner 3 are connected to each other by an optical fiber 5, and the optical combiner 3 and the laser emitting unit 4 are connected to each other by an optical fiber 6.
  • the laser light source 2 for example, a fiber laser or a semiconductor laser can be used.
  • each laser light source 2 propagates through the optical fiber 5 and is introduced into the optical combiner 3.
  • laser light from a plurality of laser light sources 2 is combined and output to the optical fiber 6.
  • the high-power laser light output to the optical fiber 6 is emitted from the laser emitting unit 4 toward, for example, a work piece.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the optical combiner 3.
  • the components of the optical combiner 3 are shown separated from each other along the optical axis direction for ease of understanding, but in reality, these components are fused and connected to each other. ing.
  • the optical combiner 3 in the present embodiment is for reducing the divergence angle of the input optical fiber 50 constituting at least a part of the above-mentioned optical fiber 5 and the light emitted from the input optical fiber 50.
  • the lens member 10 is included, a bridge fiber 20 arranged on the downstream side of the lens member 10, and an output optical fiber 60 forming at least a part of the above-mentioned optical fiber 6.
  • the input optical fibers 50 are arranged so that six input optical fibers 50 surround the central input optical fiber 50.
  • Each input optical fiber 50 has a core 52 and a clad 54 that covers the periphery of the core 52.
  • the refractive index of the clad 54 is lower than that of the core 52, and an optical waveguide in which the laser light from the laser light source 2 propagates is formed inside the core 52.
  • the outer diameter of the core 52 of the input optical fiber 50 is 28 ⁇ m
  • the outer diameter of the clad 54 is 125 ⁇ m
  • the difference in refractive index between the core 52 of the input optical fiber 50 and the clad 54 is 0.12%.
  • FIG. 3 is a schematic view showing one of the lens members 10 together with the refractive index distribution.
  • Each lens member 10 is a columnar member, and as shown in FIG. 3, the lens incident surface 12 connected to the input optical fiber 50 and the side opposite to the lens incident surface 12 in the direction of the optical axis P. It has a lens emitting surface 14.
  • This lens member 10 is a so-called GRIN lens, and as shown in FIG. 3, has a refractive index distribution in which the refractive index gradually decreases from the central portion 16 toward the peripheral edge portion 18 on the outer side in the radial direction. ..
  • a lens member 10 can be formed, for example, by adding a dopant such as germanium (Ge) to the central portion 16 of a cylindrical glass made of quartz at a high concentration.
  • the diameter of the lens member 10 is larger than that of the core 52 of the input optical fiber 50.
  • the diameter of the lens member 10 is the same as the outer diameter of the clad 54 of the input optical fiber 50 (for example, 125 ⁇ m), which is the same as the effective diameter E of the lens member 10.
  • the peripheral edge portion 18 of the lens member 10 refers to a portion of the lens member 10 at a distance of half the effective diameter from the optical axis P.
  • the core 52 of the input optical fiber 50 is fused and connected to the lens incident surface 12 of the lens member 10, whereby the light propagating through the core 52 of the input optical fiber 50 is incident on the lens member 10 and the lens member 10 Is propagated and emitted from the lens exit surface 14.
  • the length L (distance from the lens incident surface 12 to the lens emitting surface 14) along the direction of the optical axis P of the lens member 10 is incident on the lens member 10 from the input optical fiber 50, where n is a positive integer. It has a length corresponding to (2n-1) / 4 pitch with respect to light. As a result, the light incident from the lens incident surface 12 of the lens member 10 is refracted by the above-mentioned refractive index distribution, and is emitted from the lens emitting surface 14 of the lens member 10 in a state where the divergence angle is reduced.
  • n 1, and the length L of the lens member 10 is a length corresponding to 1/4 pitch with respect to the light incident on the lens member 10.
  • the bridge fiber 20 includes a cylindrical portion 21 having a constant outer diameter along the optical axis and a reduced diameter portion 23 whose outer diameter gradually decreases along the optical axis.
  • the end surface of the cylindrical portion 21 is a bridge incident surface 22 to which each lens member 10 is connected, and the end surface of the reduced diameter portion 23 located on the opposite side of the bridge incident surface 22 in the optical axis direction is the bridge exit surface. It is 24.
  • the bridge fiber 20 in this embodiment does not have a core-clad structure inside, and the entire bridge fiber 20 is an optical waveguide.
  • the lens exit surface 14 of each lens member 10 is fused and connected to the bridge entrance surface 22 of the bridge fiber 20.
  • the light emitted from the lens emitting surface 14 of the lens member 10 enters the bridge fiber 20 from the bridge incident surface 22 and reflects inside the bridge fiber 20 while being reflected by the outer peripheral surfaces of the cylindrical portion 21 and the reduced diameter portion 23. It propagates and is emitted from the bridge exit surface 24.
  • the refractive index of the bridge fiber 20 is preferably substantially the same as the refractive index of the central portion 16 of the lens member 10.
  • the output optical fiber 60 has a core 62, a clad 64 that covers the periphery of the core 62, and a coating 66 that covers the periphery of the clad 64.
  • the outer diameter of the core 62 of the output optical fiber 60 is equal to or larger than the outer diameter of the bridge exit surface 24 of the bridge fiber 20.
  • the bridge exit surface 24 of the bridge fiber 20 is fusion-bonded to the core 62 of the output optical fiber 60. As a result, the light emitted from the bridge exit surface 24 of the bridge fiber 20 is incident on the core 62 of the output optical fiber 60.
  • the refractive index of the clad 64 of the output optical fiber 60 is lower than the refractive index of the core 62, and an optical waveguide in which the light emitted from the bridge fiber 20 propagates is formed inside the core 62.
  • the refractive index of the core 62 of the output optical fiber 60 is preferably substantially the same as the refractive index of the bridge fiber 20. .. Further, the coating 66 of the output optical fiber 60 is removed in the vicinity of the fusion splicer with the bridge fiber 20.
  • the light incident on the input optical fiber 50 is the light of a mode higher than the basic mode (LP11, LP02) in addition to the light of the basic mode (LP01). Is also included.
  • light having a beam quality factor M 2 value greater than 1.0 according to the international standard ISO11146 is incident on the input optical fiber 50.
  • the lens member 10 according to the present embodiment is particularly effective for light having an M 2 value greater than 1.1.
  • the lens member 10 When the lens member 10 is manufactured by such a conventional design, when the light of the higher order mode of LP11 or higher is included (that is, M 2 is larger than 1.0), the lens member 10 is as shown in FIG.
  • the basic mode light LP01 incident on the central portion 16 of the lens incident surface 12 of 10 is refracted while propagating through the lens member 10, and reaches the peripheral edge portion 18 on the lens emitting surface 14.
  • the basic mode light LP01 becomes collimated light on the lens emitting surface 14.
  • light higher than the basic mode light LP01 for example, the higher mode light LP11 reaches the peripheral edge portion 18 before reaching the lens emitting surface 14, as shown in FIG. Since such high-order mode light LP 11 is reflected by the peripheral edge portion 18 of the lens member 10, the divergence angle becomes large when the light is emitted from the lens emitting surface 14.
  • the higher-order mode light is incident on the bridge fiber 20 at such a large divergence angle, it may not be able to be coupled to the core 62 of the output optical fiber 60, resulting in light loss. Further, even if such high-order mode light can be coupled to the core 62 of the output optical fiber 60, the skirt of the intensity distribution of the laser light finally emitted from the laser emitting portion 4 is affected by the high-order mode light. Will spread by.
  • the laser beam having an intensity distribution having a wide hem as described above tends to cause a loss in the laser emitting portion 4, causing damage to the laser emitting portion 4 or making proper processing by the laser beam difficult.
  • the divergence angle at the lens exit surface 14 of the high-order mode light in FIG. 4 It is smaller than the case shown.
  • the refractive index difference between the central portion 16 and the peripheral portion 18 of the lens member 10 delta was delta 11, as shown in FIG. 5, the high-order incident on the central portion 16 of the lens entrance surface 12 of the lens member 10
  • the mode light LP 11 is refracted while propagating through the lens member 10 and reaches the peripheral edge portion 18 on the lens emitting surface 14.
  • the higher-order mode light LP 11 becomes collimated light on the lens emitting surface 14. Therefore, the divergence angle of the higher-order mode light LP11 emitted from the lens emitting surface 14 of the lens member 10 can be suppressed to a small value.
  • the high-order mode light can be easily coupled to the core 62 of the output optical fiber 60, and the laser emission portion.
  • the spread of the hem in the intensity distribution of the laser beam emitted from No. 4 is suppressed.
  • the basic mode optical LP01 is in a slightly focused state on the lens emitting surface 14 of the lens member 10, and the coupling efficiency of the output optical fiber 60 with respect to the core 62 is lowered.
  • the maximum divergence angle is suppressed to be small, so that the light is emitted from the laser emitting unit 4.
  • the condition of the laser beam is improved.
  • the divergence angle of the optical power is 96% with a divergence angle of less that divergence angle of the total power of the light emitted from the lens exit surface 14, the difference in refractive index delta 01 It can be seen that it is about 0.03 in the case of the lens member 10 having the refractive index difference ⁇ 11 and about 0.015 in the case of the lens member 10 having the refractive index difference ⁇ 11 . That is, these graphs, the refractive index difference delta between the central portion 16 and the peripheral portion 18 of the lens member 10 is made larger than the delta 01, the divergence angle of the light emitted from the lens exit surface 14 (the fundamental mode light It shows that it can be kept small as a whole (including high-order mode light).
  • the maximum divergence angle of the lens is defined as the divergence angle at which 99% of the total power of the light emitted from the lens exit surface 14 of the lens member 10 has a divergence angle equal to or less than the divergence angle.
  • the refractive index difference ⁇ is set so that the maximum divergence angle of the lens is smaller than when the refractive index difference is ⁇ 01. It is preferable to select.
  • lenses maximum divergence angle of about 0.05 of the lens member 10 with a refractive index difference delta 01, lens maximum divergence angle of the lens member 10 with a refractive index difference delta 11 has become approximately 0.03 ,
  • the maximum lens divergence angle when the refractive index difference ⁇ is ⁇ 11 is smaller than the maximum lens divergence angle when the refractive index difference ⁇ is ⁇ 01 .
  • the lens member 10 having the refractive index difference ⁇ 01 is used, and about 0.075 when the lens member 10 having the refractive index difference ⁇ 11 is used. That is, in these graphs, the refractive index difference ⁇ between the central portion 16 and the peripheral portion 18 of the lens member 10 is made larger than ⁇ 01 , so that the divergence angle of the light emitted from the bridge emitting surface 24 of the bridge fiber 20 is increased. It shows that it can be kept small as a whole (including basic mode light and higher mode light).
  • the divergence angle at which 99% of the total power of the light emitted from the bridge exit surface 24 of the bridge fiber 20 has a divergence angle equal to or less than the divergence angle is defined as the maximum divergence angle of the bridge fiber. Similar to the maximum lens divergence angle described above, reducing the maximum divergence angle of the bridge fiber is very important in processing using a high-power laser beam. Therefore, when determining the refractive index difference ⁇ between the central portion 16 and the peripheral portion 18 of the lens member 10, the refractive index difference ⁇ is such that the maximum divergence angle of the bridge fiber is smaller than when the refractive index difference is ⁇ 01. It is preferable to select.
  • the bridge fiber maximum divergence angle in the case of using a lens member 10 having a refractive index difference delta 01 is about 0.175
  • the bridge fiber maximum divergence in the case of using a lens member 10 having a refractive index difference delta 11 The angle is about 0.1
  • the maximum divergence angle of the bridge fiber when the refractive index difference ⁇ is ⁇ 11 is smaller than the maximum divergence angle of the bridge fiber when the refractive index difference ⁇ is ⁇ 01.
  • the optical combiner 3 including a plurality of lens members 10 has been described as an example of the light guide member according to the present invention, but the present invention has a light guide member including only one lens member 10 described above. Needless to say, it can also be applied to.
  • the laser device 1 in the above-described embodiment includes the optical combiner 3, a configuration of a laser device that does not include the optical combiner 3 is also conceivable.
  • the laser light from the laser light source 2 is configured to be incident on the lens incident surface 12 of the lens member 10, and the output optical fiber forming at least a part of the optical fiber 6 is connected to the lens emitting surface 14 of the lens member 10. You may.
  • a lens member capable of suppressing the divergence angle of the emitted higher-order mode light to be small.
  • This lens member includes a lens incident surface on which input light is incident, and a lens emitting surface on the side opposite to the lens incident surface in the optical axis direction.
  • the lens member has a length corresponding to (2n-1) / 4 pitch with respect to the input light, where n is a positive integer.
  • the lens member has a refractive index distribution in which the refractive index gradually decreases from the central portion toward the outer peripheral edge portion in the radial direction.
  • the refractive index difference ⁇ between the central portion and the peripheral portion is an optical path from the central portion of the incident surface of the lens to the peripheral edge of the lens with respect to the light of the basic mode incident on the incident surface of the lens. larger than the refractive index difference delta 01 to realize.
  • n 1.
  • the lens member having such a configuration can suppress the divergence angle when the higher-order mode light is emitted from the lens emitting surface to a small size.
  • the input light is preferably light having a beam quality factor M 2 value larger than 1.1 according to the international standard ISO11146.
  • Such input light includes higher-order mode light in addition to basic mode light.
  • the maximum divergence angle of the lens is defined. corner, smaller than the lens the maximum divergence angle when the refractive index difference between the central portion and the peripheral portion is delta 01 is preferred.
  • a light guide member capable of reducing light loss caused by higher-order mode light having a large divergence angle.
  • the light guide member includes at least one lens member made of the above-mentioned lens member, at least one input optical fiber connected to the lens incident surface of the at least one lens member, and a bridge fiber.
  • the bridge fiber includes a bridge incident surface connected to the lens emitting surface of at least one lens member, a reduced diameter portion whose diameter gradually decreases as the distance from the bridge incident surface along the optical axis direction increases, and the above. It has a bridge exit surface on the opposite side of the bridge entrance surface in the optical axis direction.
  • the light guide member further includes an output optical fiber connected to the bridge exit surface of the bridge fiber.
  • the divergence angle of the higher-order mode light emitted from the lens exit surface of the lens member can be suppressed to be small, so that the higher-order mode light having a large divergence angle in the optical system downstream of the light guide member can be used.
  • the resulting light loss can be reduced.
  • the divergence angle at which 99% of the total power of the light emitted from the bridge exit surface of the bridge fiber has a divergence angle equal to or less than the divergence angle is defined as the maximum divergence angle of the bridge fiber.
  • bridge fiber maximum divergence angle of the light guide member is smaller than the bridge fiber maximum divergence angle when the refractive index difference between the central portion and the peripheral portion of the lens member is delta 01 is preferred.
  • a laser apparatus capable of outputting a laser beam having a good intensity distribution.
  • This laser device includes at least one laser light source that generates a laser beam and the light guide member described above.
  • the laser light from the at least one laser light source is input to the at least one input optical fiber of the light guide member.
  • the divergence angle of the higher-order mode light output from the light guide member can be suppressed to be small, so that the intensity distribution of the laser light output from the laser device can be improved.
  • a laser apparatus capable of outputting a laser beam having a good intensity distribution.
  • This laser device includes a laser light source that generates laser light, the lens member described above, and an output optical fiber connected to the lens emitting surface of the lens member. The laser beam from the laser light source is input to the lens incident surface of the lens member.
  • the divergence angle of the high-order mode light output from the lens member can be suppressed to be small, so that the intensity distribution of the laser light output from the laser device can be made good.
  • the divergence angle of the higher-order mode light emitted from the lens exit surface of the lens member can be suppressed to be small, so that the higher-order mode light having a large divergence angle in the optical system downstream of the light guide member can be suppressed.
  • the light loss caused by this can be reduced.
  • the present invention is suitably used for a lens member used in a light guide member such as an optical combiner.

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Abstract

出射する高次モード光の発散角を小さく抑えることができるレンズ部材を提供する。レンズ部材１０は、入力光が入射するレンズ入射面１２と、光軸Ｐの方向においてレンズ入射面１２とは反対側のレンズ出射面１４とを備える。レンズ部材１０は、入力光に対して１／４ピッチに相当する長さを有する。レンズ部材１０は、中心部１６から半径方向外側の周縁部１８に向かって次第に屈折率が低下する屈折率分布を有する。中心部１６と周縁部１８との屈折率差Δは、レンズ入射面１２に入射した基本モードＬＰ０１の光に対してレンズ入射面１２の中心部１６からレンズ出射面１４で周縁部１８に至る光路を実現する屈折率差Δ01よりも大きい。

Description

レンズ部材、導光部材、及びレーザ装置
　本発明は、レンズ部材、導光部材、及びレーザ装置に係り、特に光コンバイナのような導光部材において用いられるレンズ部材に関するものである。
　近年、ファイバレーザなどの複数のレーザ光源を用いて高出力のレーザ光を出力するレーザ装置が開発されている。このようなレーザ装置においては、複数のレーザ光源から出力されたレーザ光が光コンバイナで結合されて出力光ファイバから出力されるが、複数のレーザ光源から光コンバイナに入射する光の発散角が大きい場合には、出力光ファイバにうまく結合せずに光損失が生じ得る。このような光損失を低減するために、光コンバイナの入射側に、所定の屈折率分布を有するＧＲＩＮ（Gradient Index）レンズを組み込み、光コンバイナに入射されるレーザ光の発散角を小さくすることも考えられている（例えば、特許文献１参照）。
　しかしながら、従来のＧＲＩＮレンズの設計においては、高次モード光に対する検討が十分になされておらず、基本モード光の発散角は小さく抑えられても、高次モード光の発散角が大きくなってしまうという問題がある。このような発散角の大きな高次モード光は、下流側の光学系において光損失を生じる可能性があり、また、伝搬する光の強度分布の裾部が広がる原因ともなり得る。
特許第５２１６１５１号明細書
　本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、出射する高次モード光の発散角を小さく抑えることができるレンズ部材を提供することを第１の目的とする。
　また、本発明は、発散角の大きな高次モード光により生じる光損失を低減することができる導光部材を提供することを第２の目的とする。
　さらに、本発明は、良好な強度分布のレーザ光を出力することができるレーザ装置を提供することを第３の目的とする。
　本発明の第１の態様によれば、出射する高次モード光の発散角を小さく抑えることができるレンズ部材が提供される。このレンズ部材は、入力光が入射するレンズ入射面と、光軸方向において上記レンズ入射面とは反対側のレンズ出射面とを備える。上記レンズ部材は、ｎを正の整数とすると、上記入力光に対して（２ｎ－１）／４ピッチに相当する長さを有する。上記レンズ部材は、中心部から半径方向外側の周縁部に向かって次第に屈折率が低下する屈折率分布を有する。上記中心部と上記周縁部との屈折率差Δは、上記レンズ入射面に入射した基本モードの光に対して上記レンズ入射面の上記中心部から上記レンズ出射面で上記周縁部に至る光路を実現する屈折率差Δ01よりも大きい。
　本発明の第２の態様によれば、発散角の大きな高次モード光により生じる光損失を低減することができる導光部材が提供される。この導光部材は、上述したレンズ部材からなる少なくとも１つのレンズ部材と、上記少なくとも１つのレンズ部材の上記レンズ入射面に接続される少なくとも１つの入力光ファイバと、ブリッジファイバとを備える。上記ブリッジファイバは、上記少なくとも１つのレンズ部材の上記レンズ出射面に接続されるブリッジ入射面と、上記光軸方向に沿って上記ブリッジ入射面から離れるにつれて次第に径が小さくなる縮径部と、上記光軸方向において上記ブリッジ入射面とは反対側のブリッジ出射面とを有する。上記導光部材は、上記ブリッジファイバの上記ブリッジ出射面に接続される出力光ファイバをさらに備える。
　本発明の第３の態様によれば、良好な強度分布のレーザ光を出力することができるレーザ装置が提供される。このレーザ装置は、レーザ光を生成する少なくとも１つのレーザ光源と、上述した導光部材とを備える。このは、上記少なくとも１つのレーザ光源からのレーザ光が上記導光部材の上記少なくとも１つの入力光ファイバに入力される。
　本発明の第４の態様によれば、良好な強度分布のレーザ光を出力することができるレーザ装置が提供される。このレーザ装置は、レーザ光を生成するレーザ光源と、上述したレンズ部材と、上記レンズ部材の上記レンズ出射面に接続される出力光ファイバとを備える。上記レーザ光源からの上記レーザ光が上記レンズ部材の上記レンズ入射面に入力される。
図１は、本発明の一実施形態におけるレーザ装置の構成を示す模式的ブロック図である。 図２は、図１のレーザ装置における光コンバイナを示す斜視図である。 図３は、図２におけるレンズ部材の１つを屈折率分布とともに示す模式図である。 図４は、図２におけるレンズ部材を従来のＧＲＩＮレンズの設計手法によって設計した場合の基本モード光と高次モード光の光路を説明する模式図である。 図５は、図２におけるレンズ部材における基本モード光と高次モード光の光路を説明する模式図である。 図６Ａは、レンズ部材の中心部と周縁部との屈折率差ΔをΔ01とした場合とΔ11とした場合におけるレンズ出射面から出射する光の累積パワーと発散角との関係を示すグラフである。 図６Ｂは、図６Ａの一部を拡大して示すグラフである。 図７Ａは、レンズ部材の中心部と周縁部との屈折率差ΔをΔ01とした場合とΔ11とした場合におけるブリッジファイバのブリッジ出射面から出射する光の累積パワーと発散角との関係を示すグラフである。 図７Ｂは、図７Ａの一部を拡大して示すグラフである。
　以下、本発明に係る導光部材としての光コンバイナ及びこれを備えたレーザ装置の実施形態について図１から図７Ｂを参照して詳細に説明する。なお、図１から図７Ｂにおいて、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図７Ｂにおいては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。
　図１は、本発明の一実施形態におけるレーザ装置１の構成を示す模式的ブロック図である。図１に示すように、本実施形態におけるレーザ装置１は、レーザ光を生成する複数のレーザ光源２と、それぞれのレーザ光源２からのレーザ光が入力される導光部材としての光コンバイナ３と、光コンバイナ３の下流側の端部に設けられたレーザ出射部４とを備えている。それぞれのレーザ光源２と光コンバイナ３とは光ファイバ５により互いに接続されており、光コンバイナ３とレーザ出射部４とは光ファイバ６により互いに接続されている。レーザ光源２としては例えばファイバレーザや半導体レーザを用いることができる。
　このようなレーザ装置１においては、それぞれのレーザ光源２において生成されたレーザ光が光ファイバ５を伝搬して光コンバイナ３に導入される。この光コンバイナ３では、複数のレーザ光源２からのレーザ光が結合されて光ファイバ６に出力される。光ファイバ６に出力された高出力のレーザ光はレーザ出射部４から例えば被加工物に向けて出射される。
　図２は、光コンバイナ３を示す斜視図である。図２においては、理解を容易にするために、光コンバイナ３の構成要素が光軸方向に沿って互いに離間して示されているが、実際には、これらの構成要素は互いに融着接続されている。図２に示すように、本実施形態における光コンバイナ３は、上述した光ファイバ５の少なくとも一部を構成する入力光ファイバ５０と、入力光ファイバ５０から出射される光の発散角を小さくするためのレンズ部材１０と、レンズ部材１０の下流側に配置されるブリッジファイバ２０と、上述した光ファイバ６の少なくとも一部を構成する出力光ファイバ６０とを含んでいる。
　図２に示すように、本実施形態においては、中心の入力光ファイバ５０の周囲を６本の入力光ファイバ５０が取り囲むように入力光ファイバ５０が配置されている。それぞれの入力光ファイバ５０は、コア５２と、コア５２の周囲を覆うクラッド５４とを有している。クラッド５４の屈折率はコア５２の屈折率よりも低くなっており、コア５２の内部には、レーザ光源２からのレーザ光が伝搬する光導波路が形成されている。例えば、入力光ファイバ５０のコア５２の外径は２８μｍであり、クラッド５４の外径は１２５μｍ、入力光ファイバ５０のコア５２とクラッド５４との屈折率差は０．１２％である。
　レンズ部材１０は、入力光ファイバ５０に対応して入力光ファイバ５０と同数だけ設けられている。図３は、レンズ部材１０の１つを屈折率分布とともに示す模式図である。それぞれのレンズ部材１０は、円柱状の部材であり、図３に示すように、入力光ファイバ５０に接続されるレンズ入射面１２と、光軸Ｐの方向においてレンズ入射面１２とは反対側のレンズ出射面１４とを有している。
　このレンズ部材１０は、いわゆるＧＲＩＮレンズと呼ばれるものであり、図３に示すように、中心部１６から半径方向外側の周縁部１８に向かって次第に屈折率が低下する屈折率分布を有している。このようなレンズ部材１０は、例えば、石英からなる円柱ガラスの中心部１６にゲルマニウム（Ｇｅ）などのドーパントを高濃度に添加することにより形成することができる。
　レンズ部材１０の直径は、入力光ファイバ５０のコア５２よりも大きくなっている。本実施形態においては、レンズ部材１０の直径は、入力光ファイバ５０のクラッド５４の外径と同一（例えば１２５μｍ）となっており、レンズ部材１０の有効径Ｅと一致している。なお、本明細書では、レンズ部材１０の周縁部１８とは、レンズ部材１０の光軸Ｐから有効径の半分の距離にある部分をいうものとする。
　レンズ部材１０のレンズ入射面１２には、入力光ファイバ５０のコア５２が融着接続されており、これにより入力光ファイバ５０のコア５２を伝搬した光がレンズ部材１０に入射し、レンズ部材１０を伝搬してレンズ出射面１４から出射するようになっている。
　レンズ部材１０の光軸Ｐの方向に沿った長さＬ（レンズ入射面１２からレンズ出射面１４までの距離）は、ｎを正の整数とすると、入力光ファイバ５０からレンズ部材１０に入射する光に対して（２ｎ－１）／４ピッチに相当する長さとなっている。これにより、レンズ部材１０のレンズ入射面１２から入射した光は、上述した屈折率分布により屈折され、発散角が小さくなった状態でレンズ部材１０のレンズ出射面１４から出射される。本実施形態では、ｎ＝１となっており、レンズ部材１０の長さＬは、レンズ部材１０に入射する光に対して１／４ピッチに相当する長さとなっている。
　図２に戻って、ブリッジファイバ２０は、光軸に沿って一定の外径を有する円筒部２１と、光軸に沿って次第に外径が小さくなる縮径部２３とを含んでいる。円筒部２１の端面は、それぞれのレンズ部材１０が接続されるブリッジ入射面２２となっており、光軸方向においてブリッジ入射面２２とは反対側に位置する縮径部２３の端面がブリッジ出射面２４となっている。
　本実施形態におけるブリッジファイバ２０は、内部にコア－クラッド構造を有しておらず、ブリッジファイバ２０全体が光導波路となっている。ブリッジファイバ２０のブリッジ入射面２２には、それぞれのレンズ部材１０のレンズ出射面１４が融着接続されている。これにより、レンズ部材１０のレンズ出射面１４から出射した光は、ブリッジ入射面２２からブリッジファイバ２０に入射し、円筒部２１及び縮径部２３の外周面で反射しながらブリッジファイバ２０の内部を伝搬してブリッジ出射面２４から出射される。なお、レンズ部材１０からブリッジファイバ２０に入射する際の光の反射を抑えるために、ブリッジファイバ２０の屈折率は、レンズ部材１０の中心部１６の屈折率と略同一であることが好ましい。
　出力光ファイバ６０は、コア６２と、コア６２の周囲を覆うクラッド６４と、クラッド６４の周囲を覆う被覆６６とを有している。出力光ファイバ６０のコア６２の外径は、ブリッジファイバ２０のブリッジ出射面２４の外径以上である。出力光ファイバ６０のコア６２には、ブリッジファイバ２０のブリッジ出射面２４が融着接続されている。これにより、ブリッジファイバ２０のブリッジ出射面２４から出射した光が出力光ファイバ６０のコア６２に入射するようになっている。出力光ファイバ６０のクラッド６４の屈折率はコア６２の屈折率よりも低くなっており、コア６２の内部には、ブリッジファイバ２０から出射した光が伝搬する光導波路が形成されている。なお、ブリッジファイバ２０から出力光ファイバ６０に入射する際の光の反射を抑えるために、この出力光ファイバ６０のコア６２の屈折率は、ブリッジファイバ２０の屈折率と略同一であることが好ましい。また、ブリッジファイバ２０との融着接続部の近傍では、出力光ファイバ６０の被覆６６が除去されている。
　ここで、入力光ファイバ５０に入射する光、すなわちレーザ光源２から出射される光には、基本モード（ＬＰ０１）の光に加えて、基本モードよりも高次のモード（ＬＰ１１、ＬＰ０２）の光も含まれている。換言すれば、国際標準規格ＩＳＯ１１１４６に準拠したビーム品質因子Ｍ2の値が１．０よりも大きい光が入力光ファイバ５０に入射する。本実施形態によるレンズ部材１０は、特にＭ2の値が１．１より大きい光に対してより効果的である。
　従来のＧＲＩＮレンズの設計においては、高次モード光に対する検討が十分になされておらず、すべての光が基本モード光である（すなわちＭ2＝１．０である）ものとしてＧＲＩＮレンズが設計されている。このため、従来の設計手法でレンズ部材１０を設計する際には、基本モード光がレンズ部材１０のレンズ出射面１４の周縁部１８においてコリメート光になるように設計される。すなわち、基本モード光がレンズ部材１０のレンズ出射面１４の周縁部１８においてコリメート光になるようにレンズ部材１０の中心部１６と周縁部１８との屈折率差Δが決定される（以下、このようにして決定された屈折率差をΔ01とする）。例えば、本実施形態においてＭ2＝１．０の光に対してレンズ部材１０を設計するとΔ01＝０．０５％となる。
　このような従来の設計によりレンズ部材１０を作製すると、ＬＰ１１以上の高次モードの光が含まれる（すなわちＭ2が１．０よりも大きい）場合には、図４に示すように、レンズ部材１０のレンズ入射面１２の中心部１６に入射した基本モード光ＬＰ０１は、レンズ部材１０を伝搬する間に屈折し、レンズ出射面１４では周縁部１８に至る。これにより、基本モード光ＬＰ０１はレンズ出射面１４でコリメート光となる。しかしながら、基本モード光ＬＰ０１よりも高次の光、例えば高次モード光ＬＰ１１は、図４に示すように、レンズ出射面１４に至る前に周縁部１８に至ってしまう。このような高次モード光ＬＰ１１は、レンズ部材１０の周縁部１８で反射するため、レンズ出射面１４から出射される際には発散角が大きくなってしまう。
　このように高次モード光が大きな発散角でブリッジファイバ２０に入射すると、出力光ファイバ６０のコア６２に結合できずに光損失を生じる可能性がある。また、このような高次モード光が出力光ファイバ６０のコア６２に結合できたとしても、最終的にレーザ出射部４から出射されるレーザ光の強度分布の裾部が高次モード光の影響によって広がってしまう。このように裾部が広がった強度分布を有するレーザ光は、レーザ出射部４において損失になり易く、レーザ出射部４の損傷を招いたり、あるいはレーザ光による適切な加工が難しくなったりする。
　このような観点から、本実施形態では、レンズ部材１０の中心部１６と周縁部１８との屈折率差Δを上述した屈折率差Δ01よりも大きくすることで、高次モード光の発散角が大きくなることを抑制している。例えば、図５に示すように、レンズ出射面１４から出射される高次モード光ＬＰ１１がコリメート光となるように、レンズ部材１０の中心部１６と周縁部１８との屈折率差ΔをΔ01よりも大きいΔ11とする。例えば、入力光ファイバ５０に入射する光のＭ2が１．４であるとすると、Δ11＝０．０７％となる。
　このように、レンズ部材１０の中心部１６と周縁部１８との屈折率差Δを屈折率差Δ01よりも大きくすれば、高次モード光のレンズ出射面１４での発散角が図４に示す場合に比べて小さくなる。例えば、レンズ部材１０の中心部１６と周縁部１８との屈折率差ΔをΔ11とした場合、図５に示すように、レンズ部材１０のレンズ入射面１２の中心部１６に入射した高次モード光ＬＰ１１は、レンズ部材１０を伝搬する間に屈折し、レンズ出射面１４では周縁部１８に至る。これにより、高次モード光ＬＰ１１はレンズ出射面１４でコリメート光となる。したがって、レンズ部材１０のレンズ出射面１４から出射する高次モード光ＬＰ１１の発散角を小さく抑えることができる。
　このように高次モード光がレンズ部材１０のレンズ出射面１４から出射する際の発散角を小さく抑えることにより、高次モード光が出力光ファイバ６０のコア６２に結合し易くなり、レーザ出射部４から出射されるレーザ光の強度分布における裾部の広がりが抑えられる。この場合において、基本モード光ＬＰ０１は、図５に示すように、レンズ部材１０のレンズ出射面１４において少し集束された状態となり、出力光ファイバ６０のコア６２に対する結合効率が低下するが、以下で述べるように、レンズ出射面１４から出射する光を（基本モード光と高次モード光とを含めて）全体としてみると、その最大発散角が小さく抑えられるため、レーザ出射部４から出射されるレーザ光の状態は改善される。
　図６Ａは、レンズ部材１０の中心部１６と周縁部１８との屈折率差ΔをΔ01（＝０．０５％）とした場合とΔ11（＝０．０７％）とした場合におけるレンズ出射面１４から出射する光の累積パワーと発散角（ＮＡで表される）の関係を示すグラフであり、図６Ｂは、図６Ａの一部を拡大して示すものである。図６Ａ及び図６Ｂのグラフから、例えば、レンズ出射面１４から出射する光の全パワーのうちその発散角以下の発散角を有する光のパワーが９６％となる発散角は、屈折率差Δ01を有するレンズ部材１０の場合には約０．０３であり、屈折率差Δ11を有するレンズ部材１０の場合には約０．０１５であることがわかる。すなわち、これらのグラフは、レンズ部材１０の中心部１６と周縁部１８との屈折率差ΔをΔ01よりも大きくすることで、レンズ出射面１４から出射する光の発散角が（基本モード光と高次モード光とを含めて）全体として小さく抑えられることを示している。
　ここで、レンズ部材１０のレンズ出射面１４から出射する光の全パワーのうちその発散角以下の発散角を有する光のパワーが９９％となる発散角をレンズ最大発散角と定義する。高出力のレーザ光を用いた加工においてはこのレンズ最大発散角を小さくすることが非常に重要となる。したがって、レンズ部材１０の中心部１６と周縁部１８との屈折率差Δを決定するに際しては、屈折率差がΔ01であるときよりもレンズ最大発散角が小さくなるように屈折率差Δを選択することが好ましい。図６Ｂにおいては、屈折率差Δ01を有するレンズ部材１０のレンズ最大発散角は約０．０５、屈折率差Δ11を有するレンズ部材１０のレンズ最大発散角は約０．０３となっており、屈折率差ΔがΔ11であるときのレンズ最大発散角が、屈折率差ΔがΔ01であるときのレンズ最大発散角よりも小さくなっている。
　図７Ａは、レンズ部材１０の中心部１６と周縁部１８との屈折率差ΔをΔ01（＝０．０５％）とした場合とΔ11（＝０．０７％）とした場合におけるブリッジファイバ２０のブリッジ出射面２４から出射する光の累積パワーと発散角（ＮＡで表される）との関係を示すグラフであり、図７Ｂは、図７Ａの一部を拡大して示すものである。例えば、図７Ａ及び図７Ｂのグラフから、ブリッジファイバ２０のブリッジ出射面２４から出射する光の全パワーのうちその発散角以下の発散角を有する光のパワーが９６％となる発散角は、屈折率差Δ01を有するレンズ部材１０を用いた場合には約０．１であり、屈折率差Δ11を有するレンズ部材１０を用いた場合には約０．０７５であることがわかる。すなわち、これらのグラフは、レンズ部材１０の中心部１６と周縁部１８との屈折率差ΔをΔ01よりも大きくすることで、ブリッジファイバ２０のブリッジ出射面２４から出射する光の発散角が（基本モード光と高次モード光とを含めて）全体として小さく抑えられることを示している。
　ここで、ブリッジファイバ２０のブリッジ出射面２４から出射する光の全パワーのうちその発散角以下の発散角を有する光のパワーが９９％となる発散角をブリッジファイバ最大発散角と定義する。上述したレンズ最大発散角と同様に、このブリッジファイバ最大発散角を小さくすることが高出力のレーザ光を用いた加工においては非常に重要となる。したがって、レンズ部材１０の中心部１６と周縁部１８との屈折率差Δを決定するに際しては、屈折率差がΔ01であるときよりもブリッジファイバ最大発散角が小さくなるように屈折率差Δを選択することが好ましい。図７Ｂにおいては、屈折率差Δ01を有するレンズ部材１０を用いた場合のブリッジファイバ最大発散角は約０．１７５、屈折率差Δ11を有するレンズ部材１０を用いた場合のブリッジファイバ最大発散角は約０．１となっており、屈折率差ΔがΔ11であるときのブリッジファイバ最大発散角が、屈折率差ΔがΔ01であるときのブリッジファイバ最大発散角よりも小さくなっている。
　上述した実施形態においては、本発明に係る導光部材の例として、複数のレンズ部材１０を備える光コンバイナ３を説明したが、本発明は、上述したレンズ部材１０を１つだけ備える導光部材にも適用できることは言うまでもない。また、上述した実施形態におけるレーザ装置１は光コンバイナ３を含んでいるが、光コンバイナ３を含まないレーザ装置の構成も考えられる。例えば、レーザ光源２からのレーザ光がレンズ部材１０のレンズ入射面１２に入射するように構成し、光ファイバ６の少なくとも一部を構成する出力光ファイバをレンズ部材１０のレンズ出射面１４に接続してもよい。
　これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
　以上述べたように、本発明の第１の態様によれば、出射する高次モード光の発散角を小さく抑えることができるレンズ部材が提供される。このレンズ部材は、入力光が入射するレンズ入射面と、光軸方向において上記レンズ入射面とは反対側のレンズ出射面とを備える。上記レンズ部材は、ｎを正の整数とすると、上記入力光に対して（２ｎ－１）／４ピッチに相当する長さを有する。上記レンズ部材は、中心部から半径方向外側の周縁部に向かって次第に屈折率が低下する屈折率分布を有する。上記中心部と上記周縁部との屈折率差Δは、上記レンズ入射面に入射した基本モードの光に対して上記レンズ入射面の上記中心部から上記レンズ出射面で上記周縁部に至る光路を実現する屈折率差Δ01よりも大きい。ここで、ｎ＝１であることが好ましい。
　このような構成のレンズ部材は、高次モード光がレンズ出射面から出射する際の発散角を小さく抑えることができる。
　この場合において、上記入力光は、国際標準規格ＩＳＯ１１１４６に準拠したビーム品質因子Ｍ2の値が１．１よりも大きい光であることが好ましい。このような入力光は、基本モード光に加えて高次モード光を含んでいる。
　また、上記レンズ出射面から出射する光の全パワーのうちその発散角以下の発散角を有する光のパワーが９９％となる発散角をレンズ最大発散角として定義すると、上記レンズ部材のレンズ最大発散角は、上記中心部と上記周縁部との屈折率差がΔ01であるときのレンズ最大発散角よりも小さいことが好ましい。
　本発明の第２の態様によれば、発散角の大きな高次モード光により生じる光損失を低減することができる導光部材が提供される。この導光部材は、上述したレンズ部材からなる少なくとも１つのレンズ部材と、上記少なくとも１つのレンズ部材の上記レンズ入射面に接続される少なくとも１つの入力光ファイバと、ブリッジファイバとを備える。上記ブリッジファイバは、上記少なくとも１つのレンズ部材の上記レンズ出射面に接続されるブリッジ入射面と、上記光軸方向に沿って上記ブリッジ入射面から離れるにつれて次第に径が小さくなる縮径部と、上記光軸方向において上記ブリッジ入射面とは反対側のブリッジ出射面とを有する。上記導光部材は、上記ブリッジファイバの上記ブリッジ出射面に接続される出力光ファイバをさらに備える。
　このような構成によれば、レンズ部材のレンズ出射面から出射する高次モード光の発散角を小さく抑えることができるため、導光部材の下流の光学系において発散角の大きな高次モード光により生じる光損失を低減することができる。
　この場合において、上記ブリッジファイバの上記ブリッジ出射面から出射する光の全パワーのうちその発散角以下の発散角を有する光のパワーが９９％となる発散角をブリッジファイバ最大発散角として定義すると、上記導光部材のブリッジファイバ最大発散角は、上記レンズ部材の上記中心部と上記周縁部との屈折率差がΔ01であるときのブリッジファイバ最大発散角よりも小さいことが好ましい。
　本発明の第３の態様によれば、良好な強度分布のレーザ光を出力することができるレーザ装置が提供される。このレーザ装置は、レーザ光を生成する少なくとも１つのレーザ光源と、上述した導光部材とを備える。上記少なくとも１つのレーザ光源からのレーザ光が上記導光部材の上記少なくとも１つの入力光ファイバに入力される。
　このような構成によれば、導光部材から出力される高次モード光の発散角が小さく抑えられるため、レーザ装置から出力されるレーザ光の強度分布を良好なものとすることができる。
　本発明の第４の態様によれば、良好な強度分布のレーザ光を出力することができるレーザ装置が提供される。このレーザ装置は、レーザ光を生成するレーザ光源と、上述したレンズ部材と、上記レンズ部材の上記レンズ出射面に接続される出力光ファイバとを備える。上記レーザ光源からの上記レーザ光が上記レンズ部材の上記レンズ入射面に入力される。
　このような構成によれば、レンズ部材から出力される高次モード光の発散角が小さく抑えられるため、レーザ装置から出力されるレーザ光の強度分布を良好なものとすることができる。
　本発明の一態様によれば、レンズ部材のレンズ出射面から出射する高次モード光の発散角を小さく抑えることができるため、導光部材の下流の光学系において発散角の大きな高次モード光により生じる光損失を低減することができる。
　本出願は、２０１９年３月１３日に提出された日本国特許出願特願２０１９－０４５５１８号に基づくものであり、当該出願の優先権を主張するものである。当該出願の開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
　本発明は、光コンバイナのような導光部材において用いられるレンズ部材に好適に用いられる。
　　１　　　レーザ装置
　　２　　　レーザ光源
　　３　　　光コンバイナ
　　４　　　レーザ出射部
　　５，６　　　光ファイバ
　１０　　　レンズ部材
　１２　　　レンズ入射面
　１４　　　レンズ出射面
　１６　　　中心部
　１８　　　周縁部
　２０　　　ブリッジファイバ
　２１　　　円筒部
　２２　　　ブリッジ入射面
　２３　　　縮径部
　２４　　　ブリッジ出射面
　５０　　　入力光ファイバ
　６０　　　出力光ファイバ

Claims (8)

  1. 　入力光が入射するレンズ入射面と、
    　光軸方向において前記レンズ入射面とは反対側のレンズ出射面と
    を備え、
    　ｎを正の整数とすると、前記入力光に対して（２ｎ－１）／４ピッチに相当する長さを有し、
    　中心部から半径方向外側の周縁部に向かって次第に屈折率が低下する屈折率分布を有し、
    　前記中心部と前記周縁部との屈折率差Δは、前記レンズ入射面に入射した基本モードの光に対して前記レンズ入射面の前記中心部から前記レンズ出射面で前記周縁部に至る光路を実現する屈折率差Δ01よりも大きい、
    レンズ部材。
  2. 　ｎ＝１である、請求項１に記載のレンズ部材。
  3. 　前記入力光は、国際標準規格ＩＳＯ１１１４６に準拠したビーム品質因子Ｍ2の値が１．１よりも大きい光である、請求項１又は２に記載のレンズ部材。
  4. 　前記レンズ出射面から出射する光の全パワーのうちその発散角以下の発散角を有する光のパワーが９９％となる発散角をレンズ最大発散角として定義すると、前記レンズ部材のレンズ最大発散角は、前記中心部と前記周縁部との屈折率差がΔ01であるときのレンズ最大発散角よりも小さい、請求項１から３のいずれか一項に記載のレンズ部材。
  5. 　請求項１から４のいずれか一項に記載のレンズ部材からなる少なくとも１つのレンズ部材と、
    　前記少なくとも１つのレンズ部材の前記レンズ入射面に接続される少なくとも１つの入力光ファイバと、
    　前記少なくとも１つのレンズ部材の前記レンズ出射面に接続されるブリッジ入射面と、前記光軸方向に沿って前記ブリッジ入射面から離れるにつれて次第に径が小さくなる縮径部と、前記光軸方向において前記ブリッジ入射面とは反対側のブリッジ出射面とを有するブリッジファイバと、
    　前記ブリッジファイバの前記ブリッジ出射面に接続される出力光ファイバと
    を備える、導光部材。
  6. 　前記ブリッジファイバの前記ブリッジ出射面から出射する光の全パワーのうちその発散角以下の発散角を有する光のパワーが９９％となる発散角をブリッジファイバ最大発散角として定義すると、前記導光部材のブリッジファイバ最大発散角は、前記レンズ部材の前記中心部と前記周縁部との屈折率差がΔ01であるときのブリッジファイバ最大発散角よりも小さい、請求項５に記載の導光部材。
  7. 　レーザ光を生成する少なくとも１つのレーザ光源と、
    　請求項５又は６に記載の導光部材であって、前記少なくとも１つのレーザ光源からの前記レーザ光が前記少なくとも１つの入力光ファイバに入力される導光部材と
    を備える、レーザ装置。
  8. 　レーザ光を生成するレーザ光源と、
    　請求項１から４のいずれか一項に記載のレンズ部材であって、前記レーザ光源からの前記レーザ光が前記レンズ入射面に入力されるレンズ部材と、
    　前記レンズ部材の前記レンズ出射面に接続される出力光ファイバと
    を備える、レーザ装置。
PCT/JP2020/009314 2019-03-13 2020-03-05 レンズ部材、導光部材、及びレーザ装置 Ceased WO2020184358A1 (ja)

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