WO2020184611A1 - レーザ装置およびレーザ装置の製造方法 - Google Patents

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WO2020184611A1
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core
laser
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fusion
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山口　裕
真一 阪本
康人 千葉
岸　達也
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株式会社フジクラ
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Definitions

  • the present invention relates to a laser device and a method for manufacturing a laser device.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-047411 filed in Japan on March 14, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses a laser apparatus including an optical device that adjusts a BPP value using a GRIN (Gradient-Index) lens.
  • the present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a laser device capable of adjusting the spread angle with a simple configuration.
  • the laser apparatus includes a laser unit that outputs laser light, an exit end that emits the laser light, a core through which the laser light propagates, and the core. It is provided with a first fusion splicing portion and a second fusion splicing portion having a configuration in which two multimode fibers having a clad surrounding the laser unit are fused and connected to each other, and the laser unit side is the upstream side and the emission end side.
  • the first fusion splicing portion is located on the upstream side of the second fusion splicing portion, and at least a part of the core in the first fusion splicing portion has the first 1 A dopant of the same type as the dopant contained in the clad in the fusion splicing portion for lowering the refractive index is contained, and the core in the first fusion splicing portion and the core in the second fusion splicing portion are refracted.
  • the rate profile is different.
  • At least a part of the core of the first fusion splicing portion contains a dopant that lowers the refractive index, and the dopant changes the refractive index profile in the core. .. More specifically, since a region having a reduced refractive index is provided in the core, the reflection angle of light passing through the region changes. Therefore, the spread angle of the entire light passing through the first fusion splicer changes. Since the amount of change in the spread angle depends on the refractive index profile of the core of the first fusion splicer, by adjusting the refractive index profile, the spread angle of the laser beam emitted from the emission end can be adjusted to a desired range. Can be adjusted.
  • This configuration is simpler than, for example, a case where the optical fiber and the lens are connected to adjust the spread angle, and it is possible to prevent the occurrence of loss at the connection portion between the optical fiber and the lens.
  • the laser apparatus of the above aspect further includes a clad light removing portion for removing clad mode light, and the first fusion splicing portion may be located on the upstream side of the clad light removing portion.
  • the clad mode light is generated due to the fact that the core of the first fusion splicing portion contains a dopant that lowers the refractive index, the clad mode light is removed by the clad light removing portion. Can be done. Therefore, it is possible to suppress heat generation at an unintended location in the laser apparatus caused by the clad mode light.
  • the dopant contained in the clad of the first fusion splicing portion may be fluorine.
  • the radial dimension of the region containing the dopant may be 10% or more of the radius of the core.
  • the spread angle can be adjusted more reliably.
  • the value of "10% or more" is not brought about by a normal fusion splicing connection, but is a value obtained by performing additional heating after performing the fusion splicing connection, for example.
  • the thickness of the portion of the clad in the first fusion splicing portion containing the dopant is t and the radius of the core in the first fusion splicing portion is r, t ⁇ 0.2 ⁇ It may be r.
  • the "part of the cladding containing the dopant" is a portion where the difference in refractive index between the portion and the central portion of the core is 0.05% or more.
  • the diameter of the core at the first fusion splicing portion may be 50 ⁇ m or more.
  • the diameter of the core is too small, the spread angle changed by passing through the region containing the dopant that lowers the refractive index returns to the size before the change after passing through the portion provided with the region. It is possible that it will end up. Therefore, by setting the diameter of the core to 50 ⁇ m or more, it is possible to prevent the spread angle from returning to the original state, and it is possible to more reliably achieve the effect of adjusting the spread angle by the region.
  • the laser apparatus of the above aspect further includes a plurality of laser units including the laser unit and a combiner for combining laser light output from each of the plurality of laser units into one fiber, and the first The fusion splicing portion may be located between the combiner and the clad light removing portion.
  • the laser unit may be replaced.
  • a fusion splicing connection may be made between the laser unit and the combiner, and if the first fusion splicing portion described above is located in the fusion splicing portion, the first fusion splicing portion
  • the index of refraction profile of the core can fluctuate. That is, there is a possibility that the spreading angle of the laser light emitted from the emitting end of the laser device fluctuates before and after the replacement of the laser unit. Therefore, by arranging the first fusion splicer in the portion between the combiner and the clad light removing portion, where the frequency of component replacement is relatively low, the possibility that the spread angle fluctuates due to component replacement can be reduced. it can.
  • the second fusion splicing portion may be located between the clad light removing portion and the emission end.
  • the spread angle is not changed at the second fusion splicer, or even if the spread angle is changed.
  • the amount of change can be smaller than the amount of change at the first fusion splicer.
  • the first fusion splicing portion has a configuration in which two multimode fibers of the same type are fused and connected to each other, and the two multimode fibers of the same type have the outer diameter of the core and the clad.
  • the outer diameter of the dopant and the type of the dopant contained in the clad may be the same.
  • at least a part of the core in the second fusion splicing portion may contain a dopant of the same type as the dopant contained in the clad in the second fusion splicing portion for lowering the refractive index. ..
  • the spread angle can be changed not only in the first fusion splicing portion but also in the second fusion splicing portion, and the range of adjusting the spread angle in the entire laser apparatus can be increased. Further, the amount of change in the spread angle at the first fusion splicing portion can be reduced as compared with the case where the spread angle is changed only at the first fusion splicing portion. As a result, the amount of heat applied to the cladding in order to diffuse the dopant that lowers the refractive index in the first fusion splicing portion to the core can be reduced. Therefore, it is possible to suppress a decrease in transmittance and a decrease in mechanical strength at the first fusion splicing portion due to heating the clad of the first fusion splicing portion.
  • the laser beam is emitted from the emission end, the spread angle of the emitted laser light is measured, and the spread angle is set to a predetermined value.
  • it has an adjustment step of changing the refractive index profile of the core of the first fusion splicer.
  • the adjustment step may be performed using a fusion splicer capable of fusion-bonding the two multimode fibers to each other.
  • the spread angle can be adjusted at the time of fusion splicing, which is usually performed when manufacturing a laser device. In this way, by adjusting the spread angle without making major changes to the conventional manufacturing process, it is possible to suppress an increase in manufacturing cost due to the adjustment of the spread angle.
  • the laser device 1 includes a plurality of laser units 2, a combiner 3, a clad light removing unit 4, and an emission end 5.
  • the laser unit 2 side is referred to as an upstream side
  • the emission end 5 side is referred to as a downstream side.
  • Each laser unit 2 outputs laser light to each fiber 2a.
  • the laser unit 2 for example, a fiber laser or a semiconductor laser can be used.
  • the laser unit 2 may include an excitation light source that emits excitation light and a resonator that generates laser light by the excitation light. Further, the MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) type laser unit 2 may be adopted.
  • MOPA Master Oscillator Power Amplifier
  • Each fiber 2a is connected to the combiner 3.
  • the combiner 3 couples the laser light output from each laser unit 2 to one fiber 3a.
  • the number of laser units 2 may be one, and in that case, the combiner 3 may or may not be provided.
  • the clad light removing unit 4 removes excess clad light propagating in the clad.
  • the configuration of the clad light removing unit 4 can be appropriately selected.
  • a transparent resin (high refractive index resin) having a higher refractive index than the clad may be provided on the outer periphery of the clad.
  • the clad light easily enters the high refractive index resin side having a higher refractive index. Therefore, the clad light can be removed from the clad.
  • An input side fiber 4a and an output side fiber 4b are connected to the clad light removing unit 4.
  • the input side fiber 4a is fusion-bonded to the fiber 3a of the combiner 3 at the first fusion-bonded connection portion P1.
  • the emission end 5 is a portion where the laser beam is emitted.
  • a delivery fiber 5a is connected to the exit end 5.
  • the delivery fiber 5a is fused and connected to the output side fiber 4b at the second fusion splicing portion P2.
  • the fiber 3a of the combiner 3, the fibers 4a and 4b of the clad light removing unit 4, and the delivery fiber 5a are multimode fibers capable of propagating light in multimode.
  • the laser apparatus 1 of the present embodiment includes a first fusion splicing portion P1 and a second fusion splicing portion P2 having a configuration in which two multimode fibers are fused and connected to each other.
  • the first fusion splicing portion P1 is located between the combiner 3 and the clad light removing portion 4.
  • the second fusion splicer P2 is located between the clad light removing portion 4 and the exit end 5.
  • the two multimode fibers fused and connected at the fusion splicing portions P1 and P2 will be described as the first fiber F1 and the second fiber F2.
  • the first fiber F1 corresponds to the fiber 3a of the combiner 3
  • the second fiber F2 corresponds to the input side fiber 4a of the clad light removing unit 4.
  • the first fiber F1 corresponds to the output side fiber 4b of the clad light removing portion 4
  • the second fiber F2 corresponds to the delivery fiber 5a.
  • the first fusion splicing portion P1 of the present embodiment constitutes an optical device 10 that changes the spread angle of light.
  • FIG. 2 shows a cross section of the optical device 10 as viewed from a direction intersecting the longitudinal direction of the optical device 10.
  • the optical device 10 includes a core 11, a clad 12, and a coating 13.
  • the fibers F1 and F2 constituting the first fusion splicer P1 may be of the same type as each other.
  • the fibers F1 and F2 constituting the second fusion splicer P2 may be of the same type as each other.
  • the term "same type" of two fibers means that the outer diameter of the core 11, the outer diameter of the clad 12, and the type of dopant contained in the clad 12 are the same.
  • the core 11 is made of quartz glass.
  • the diameter of the core 11 is, for example, 50 ⁇ m or more, and light can be propagated in multiple modes.
  • the clad 12 is made of quartz glass and surrounds the core 11.
  • the clad 12 has an inner portion 12a and an outer portion 12b formed on the outer side of the inner portion 12a.
  • a dopant that reduces the refractive index of quartz glass is added to the inner portion 12a.
  • F (fluorine), B (boron), Ge (germanium) and the like can be adopted. Due to the addition of the dopant, the refractive index of the clad 12 is lower than that of the core 11 at least at the interface with the core 11. As a result, the light can be confined in the core 11.
  • No dopant that reduces the refractive index of quartz glass is added to the outer portion 12b.
  • the clad 12 reduces the total amount of the dopant added to the clad 12. , Cost reduction can be achieved.
  • a dopant that lowers the refractive index may be added to the entire clad 12. Further, if necessary, a dopant other than the purpose of lowering the refractive index (for example, for adjusting the viscosity) may be added to the core 11 or the clad 12.
  • the coating 13 covers the clad 12.
  • a resin or the like can be used as the coating 13.
  • a urethane acrylate-based, polybutadiene acrylate-based, epoxy acrylate-based, silicone acrylate-based, or polyester acrylate-based UV curable resin may be used as the coating 13.
  • a part of the coating 13 is a discontinuous portion 13a.
  • the “discontinuous portion” refers to a portion from which the coating 13 has been removed (coating removing portion) or a portion covered with resin or the like again after the coating 13 has been removed (recovering portion).
  • the portion of the coating 13 other than the discontinuous portion 13a is referred to as a continuous portion 13b.
  • the coating 13 is covered with a resin or the like again to form the discontinuous portion 13a.
  • the range in which the discontinuous portion 13a is located in the longitudinal direction is referred to as the first region A1, and the range in which the discontinuous portion 13a is not located is referred to as the second region A2.
  • the second region A2 is the range in which the continuous portion 13b is located.
  • the fusion splicer P1 is located in the first region A1. That is, the fusion splicing portion P1 is located at a portion where the coating 13 is a discontinuous portion 13a.
  • the adjusting portion 11a is provided in the portion of the core 11 located in the first region A1.
  • the adjusting portion 11a is a portion where the dopant added to the inner portion 12a of the clad 12 is diffused or permeated into the core 11. Due to the dopant for lowering the refractive index, the refractive index of the adjusting portion 11a is lower than that of the portion other than the adjusting portion 11a of the core 11.
  • the adjusting portion 11a may be a portion where the difference in refractive index between the portion and the central portion of the core is 0.05% or more.
  • the adjusting portion 11a may be provided intermittently along the outer peripheral surface of the core 11, or may be continuously provided over the entire circumference of the outer peripheral surface.
  • the adjusting portion 11a is arranged so as to straddle the fusion splicing portion P1 in the longitudinal direction. In other words, the adjusting portion 11a extends from the fusion splicing portion P1 toward both sides in the longitudinal direction.
  • FIG. 2 with reference to the fusion splicer P1, one side (downstream side) in the longitudinal direction is displayed as the + Z side, and the other side (upstream side) is displayed as the ⁇ Z side.
  • the dimension in the longitudinal direction from the fusion splicer P1 to the end of the adjusting portion 11a on the + Z side and the dimension in the longitudinal direction from the fusion splicing portion P1 to the end of the adjusting portion 11a on the ⁇ Z side are abbreviated to each other. It is the same. That is, the adjusting portion 11a is formed substantially symmetrically with the fusion splicing portion P1 as the center.
  • the adjusting portion 11a can be provided by heating the clad 12 and moving a dopant contained in the inner portion 12a of the clad 12 to reduce the refractive index to the core 11.
  • a part of the coating 13 may be removed to expose the outer peripheral surface of the clad 12, and the exposed clad 12 may be heated by a heater.
  • the exposed clad 12 may be discharged by electric power and heated by the discharge.
  • arc discharge by the fusion splicer 100 as shown in FIG. 3 is preferable.
  • FIG. 3 shows an example of the fusion splicer 100.
  • the fusion splicer 100 holds and positions the fibers F1 and F2 so that the axis of the first fiber F1 and the axis of the second fiber F2 coincide with each other and the end faces of the fibers F1 and F2 are in contact with each other. Then, the core 11 and the clad 12 of the fibers F1 and F2 are melted and fused by discharging and heating in the vicinity of the contacted end faces.
  • the fusion splicer P1 can be provided by using the fusion splicer 100. Further, by fusing and connecting the fibers F1 and F2 and then performing additional discharge, the dopant contained in the clad 12 for lowering the refractive index can be moved to the core 11 to provide the adjusting portion 11a. ..
  • F fluorine
  • the dopant can be moved from the clad 12 to the core 11 in a short time as compared with B or Ge, for example, and the adjusting portion 11a can be provided.
  • the portion from which the coating 13 has been removed may be again coated with the resin.
  • the outer peripheral surface of the clad 12 can be protected by the re-covered coating (re-covering portion).
  • the recovering portion may not be provided.
  • the refractive index profile of the core 11 in the portion where the adjusting portion 11a is provided is different from the refractive index profile of the core 11 in the portion where the adjusting portion 11a is not provided.
  • the "refractive index profile” is the refractive index distribution of the core 11 in the radial direction.
  • the refractive index profile of the core 11 is constant along the longitudinal direction. Therefore, the spread angle of the light traveling in the second region A2 becomes constant along the longitudinal direction.
  • the refractive index profile of the core 11 is changed by the adjusting unit 11a. That is, the light that has entered the first region A1 from the second region A2 propagates in the region where the refractive index profile changes in the longitudinal direction.
  • the adjusting portion 11a is provided not as a whole in the radial direction of the core 11, but as a part of the outer circumference.
  • a part of the light propagating in the core 11 is affected by the adjusting unit 11a, while the remaining part is not affected by the adjusting unit 11a.
  • the reflection angle of a part of the light propagating in the core 11 varies, and the spread angle of the light passing through the fusion splicer P1 changes.
  • single-mode fiber there is no effect because the propagation mode is single, but in the case of multimode fiber, it is considered that the spread angle changes because the coupling efficiency between modes changes.
  • the degree of change in the refractive index profile when comparing the first region A1 and the second region A2, the greater the degree of change in the light spread angle.
  • the degree of change in the refractive index profile depends on the heating time and the heating temperature when the adjusting unit 11a is provided by heating. That is, by adjusting the heating time and the heating temperature, it is possible to change the spreading angle of the light so that, for example, BPP (Beam Parameter Product) can be set to a desired value.
  • BPP Beam Parameter Product
  • the core 11 of the first fusion splicer P1 contains a dopant of the same type as the dopant contained in the clad 12 that lowers the refractive index.
  • the core 11 of the second fusion splicing portion P2 does not contain a dopant containing a refractive index, or even if it is contained, the content thereof is higher than the content in the first fusion splicing portion P1. small. Therefore, the core 11 of the first fusion splicer P1 and the core 11 of the second fusion splicer P2 have different refractive index profiles.
  • the radial thickness of the contained region is preferably 5% or less of the radius of the core 11.
  • the heating time or heating temperature at the first fusion splicing portion P1 is set to the heating time or heating at the second fusion splicing portion P2.
  • the refractive index profile can be made different as described above.
  • the first fusion of the two fibers F1 and F2 having the clad 12 surrounding the core 11 through which the laser light propagates and the core 11 are fused and connected to each other. It includes a landing connection portion P1 and a second fusion splicing portion P2. Then, at least a part of the core 11 of the first fusion splicer P1 contains a dopant that lowers the refractive index, and the dopant changes the refractive index profile in the core 11. Thereby, the spread angle of the laser beam emitted from the emission end 5 can be adjusted to a desired range. Further, it is possible to suppress the variation in the spread angle between the plurality of laser devices and stabilize the quality. This configuration is simpler than, for example, a case where the optical fiber and the lens are connected to adjust the spread angle, and it is possible to prevent the occurrence of loss at the connection portion between the optical fiber and the lens.
  • the first fusion splicing portion P1 is located on the upstream side of the clad light removing portion 4.
  • the laser unit 2 may be replaced.
  • a fusion splicing connection may be made between the laser unit 2 and the combiner 3, and if the first fusion splicing portion P1 is located at the fusion splicing portion, the laser unit 2
  • the refractive index profile of the core of the first fusion splicer P1 may fluctuate before and after the replacement. That is, there is a possibility that the spreading angle of the laser light emitted from the emitting end 5 fluctuates before and after the replacement of the laser unit 2. Therefore, by arranging the first fusion splicer P1 in the portion between the combiner 3 and the clad light removing portion 4, where the frequency of component replacement is relatively low, the possibility that the spread angle fluctuates due to component replacement is reduced. can do.
  • a dopant of the same type as the dopant contained in the clad 12 for lowering the refractive index may be contained in the core 11. That is, the adjusting portion 11a may also be provided on the core 11 of the second fusion splicing portion P2. In this way, by changing the spread angle also in the second fusion splicer P2, it is possible to increase the adjustable range of the spread angle in the entire laser device 1. Further, the amount of change in the spread angle at the first fusion splicer P1 can be reduced as compared with the case where the spread angle is changed only by the first fusion splicer P1.
  • the amount of heat applied to the clad 12 in order to diffuse the dopant that lowers the refractive index in the first fusion splicer P1 to the core 11 can be reduced. Therefore, it is possible to suppress a decrease in transmittance and a decrease in mechanical strength at the first fusion splicing portion P1 due to heating the clad 12 of the first fusion splicing portion P1.
  • the amount of change in the spread angle in the second fusion splicer P2 is smaller than the amount of change in the spread angle in the first fusion splicer P1. In this way, if the amount of change in the spread angle at the second fusion splicing portion P2 is reduced, clad mode light is less likely to be generated at the second fusion splicing portion P2. Therefore, even if the second fusion splicing portion P2 is located on the downstream side of the clad light removing portion 4, it is possible to suppress the inclusion of clad mode light in the laser light emitted from the emission end 5.
  • parts of the emission end 5 may be replaced.
  • the fusion connection is performed again at the second fusion connection portion P2 located between the clad light removing portion 4 and the emission end 5.
  • the spread angle of the laser beam emitted from the emission end 5 changes significantly before and after the replacement of parts. Can be suppressed.
  • the dopant can be efficiently diffused into the core 11 in a shorter time.
  • the radial dimension of the region (adjusting portion 11a) containing the dopant that lowers the refractive index shall be 10% or more of the radius of the core 11.
  • the radial dimension of the adjusting portion 11a is preferably 5 ⁇ m or more. With such a ratio, about 19% or more of the light propagating through the core 11 is affected by the adjusting unit 11a. In this way, by securing a certain proportion of the light propagating in the core 11 that is affected by the adjusting unit 11a, it is possible to more reliably adjust the spread angle by the adjusting unit 11a.
  • additional heating may be performed after performing a normal fusion splicing connection.
  • the adjusting unit 11a is provided by moving the dopant contained in the clad 12 to reduce the refractive index to the core 11. Therefore, the refractive index of the clad 12 increases by the amount of movement of the dopant. Therefore, when the thickness of the portion of the clad 12 containing the dopant that lowers the refractive index (that is, the inner portion 12a) is t and the radius of the core 11 is r, t ⁇ 0.2 ⁇ r may be satisfied. ..
  • the inner portion 12a thick to some extent in this way, the total amount of the dopant contained in the clad 12 can be secured, and the increase in the refractive index of the clad 12 after the dopant has moved to the core 11 can be suppressed.
  • the spread angle adjusted by the adjusting portion 11a returns to the size before adjustment after passing through the portion provided with the adjusting portion 11a. It is possible that it will end up. Therefore, by setting the diameter of the core 11 to 50 ⁇ m or more, the spread angle is maintained even after passing through the portion where the adjusting portion 11a is provided, and the effect of adjusting the spread angle in the fusion spliced portion P1 is further improved. It can be surely successful.
  • the refractive index profile of the core 11 is changed by moving a part of the dopant that lowers the refractive index, which was initially located in the clad 12, to the core 11. Therefore, if the amount of the dopant transferred to the core 11 is excessive, the refractive index of the clad 12 may increase, and the light confinement of the core 11 by the clad 12 may be weakened.
  • the difference between the minimum refractive index of the clad 12 in the second region A2 and the minimum refractive index of the clad 12 in the first region A1 is preferably 10% or less.
  • the laser beam is emitted from the emission end 5, the spread angle of the emitted laser light is measured, and the first fusion is performed so that the spread angle becomes a predetermined value. It has an adjustment step of changing the refractive index profile of the core 11 of the landing connection portion P1. As a result, it is possible to suppress variations in the spread angle of each laser device.
  • the adjustment step using the fusion splicer 100, it is possible to adjust the spread angle at the time of fusion splicing which is usually performed when manufacturing the laser apparatus 1. In this way, by adjusting the spread angle without making major changes to the conventional manufacturing process, it is possible to suppress an increase in manufacturing cost due to the adjustment of the spread angle.
  • the present invention is not limited to the following examples.
  • the structures of the fusion splicers P1 and P2 are not limited to the refractive index distribution shown in FIGS. 4A to 6B used in the following description.
  • sample 1 No additional discharge (Fig. 4A, Fig. 4B)
  • Sample 2 With additional discharge (Fig. 5A, Fig. 5B)
  • Sample 3 With additional discharge (Fig. 6A, Fig. 6B)
  • Each sample 1 to 3 is an optical device configured by fusion-bonding two multimode fibers F1 and F2 (see FIG. 2).
  • the fusion splicing was performed using the fusion splicer 100 as shown in FIG.
  • the diameter of the core 11 was 100 ⁇ m
  • the diameter of the clad 12 was 360 ⁇ m.
  • the clad 12 is provided with an inner portion 12a to which fluorine is added and an outer portion 12b to which fluorine is not added.
  • the thickness of the inner portion 12a was set to about 25 ⁇ m.
  • the vertical axis of FIGS. 4A, 5A, and 6A shows the specific refractive index difference ⁇ based on the refractive index of the outer peripheral surface of the clad 12 in sample 1.
  • the specific refractive index difference ⁇ is a specific refractive index difference based on quartz glass to which fluorine is not added.
  • FIGS. 4B, 5B, and 6B indicate positions in the longitudinal direction.
  • the definition of the Z axis is the same as in FIGS. 4A, 5A, and 6A.
  • the vertical axis of FIGS. 4B, 5B, and 6B is the same as that of FIGS. 4A, 5A, and 6A.
  • FIGS. 4A, 5A, and 6A As shown in FIG. 4A, in the sample 1 in which the additional discharge is not performed, the refractive index profile is substantially constant regardless of the position in the longitudinal direction.
  • the refractive index profiles of the samples 2 and 3 subjected to the additional discharge are significantly different depending on the position in the longitudinal direction. More specifically, the closer the position in the longitudinal direction is to the fusion splicer P1, that is, the closer the Z-axis coordinate is to 0, the lower the ⁇ in the adjusting portion 11a and the higher the ⁇ in the inner portion 12a of the clad 12. There is.
  • the fluorine of the clad 12 can be moved and the refractive index profile of the core 11 can be changed by performing additional discharge after the fibers F1 and F2 are fused and connected in the fusion splicer 100. It was. Further, from the refractive index profiles of FIGS. 5A and 6A, it can be seen that in Samples 2 and 3, the position of the adjusting portion 11a in the radial direction is approximately in the range of ⁇ 50 ⁇ m ⁇ r ⁇ ⁇ 35 ⁇ m and 35 ⁇ r ⁇ 50 ⁇ m. .. That is, the radial dimension of the adjusting portion 11a is about 15 ⁇ m. Since the radius of the core 11 is 50 ⁇ m, the radial dimension of the adjusting portion 11a in the samples 2 and 3 is about 30% of the radius of the core 11.
  • the refractive index gradually changes along the longitudinal direction.
  • the refractive index changes in the longitudinal direction in the core 11 if the change is steep with respect to the longitudinal direction, reflection occurs in the core 11 so that the light reverses in the longitudinal direction. There is.
  • the refractive index changes gently in the longitudinal direction when the refractive index changes gently in the longitudinal direction, the above reflection in the core 11 is unlikely to occur.
  • the thickness t of the inner portion 12a to which the fluorine of the clad 12 is added is about 25 ⁇ m, which is a sufficient thickness.
  • the fusion splicer P1 is heated by the additional discharge of the fusion splicer 100, and the dopant that lowers the refractive index of the clad 12 is diffused in the core 11.
  • the dopant may be diffused into the core 11 by heating the fusion splicer P1 with, for example, a heater.
  • the positions of the fusion splicers P1 and P2 are not limited to FIG. 1 and can be changed as appropriate.

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Abstract

レーザ装置は、レーザ光を出力するレーザユニットと、レーザ光を出射する出射端と、レーザ光が伝搬するコア及びコアを囲うクラッドを有する２本のマルチモードファイバ同士が融着接続された構成の第１融着接続部および第２融着接続部と、を備える。第１融着接続部におけるコアの少なくとも一部には、第１融着接続部におけるクラッドに含有された屈折率を低下させるドーパントと同種のドーパントが含有されている。第１融着接続部におけるコアと第２融着接続部におけるコアとで屈折率プロファイルが異なっている。

Description

レーザ装置およびレーザ装置の製造方法
　本発明は、レーザ装置およびレーザ装置の製造方法に関する。
　本願は、２０１９年３月１４日に日本に出願された特願２０１９－０４７４１１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　レーザ装置の主要な特性として、拡がり角が挙げられる。拡がり角を評価するパラメータとしては、ＢＰＰ（Beam Parameter Product）が一般的である。特許文献１には、ＧＲＩＮ（Gradient-Index）レンズを用いてＢＰＰの値を調整する光デバイスを備えたレーザ装置が開示されている。
日本国特開２０１７－１９４５２５号公報
　特許文献１の光デバイスでは、ＧＲＩＮレンズを用意した上で、当該光デバイスを通過する光の損失を小さくするために、２つの光ファイバとＧＲＩＮレンズとを比較的高精度に位置決めする必要があり、よりシンプルな構成で拡がり角を調整することが可能なレーザ装置が求められていた。
　本発明はこのような事情を考慮してなされ、シンプルな構成で拡がり角を調整することが可能なレーザ装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るレーザ装置は、レーザ光を出力するレーザユニットと、前記レーザ光を出射する出射端と、前記レーザ光が伝搬するコア及び前記コアを囲うクラッドを有する２本のマルチモードファイバ同士が融着接続された構成の第１融着接続部および第２融着接続部と、を備え、前記レーザユニット側を上流側、前記出射端側を下流側とするとき、前記第１融着接続部は、前記第２融着接続部よりも上流側に位置し、前記第１融着接続部における前記コアの少なくとも一部には、前記第１融着接続部における前記クラッドに含有された屈折率を低下させるドーパントと同種のドーパントが含有され、前記第１融着接続部における前記コアと前記第２融着接続部における前記コアとで屈折率プロファイルが異なっている。
　上記第１の態様によれば、第１融着接続部のコアの少なくとも一部に、屈折率を低下させるドーパントが含有されており、当該ドーパントにより、コア内における屈折率プロファイルが変化している。より詳しくは、コア内に屈折率が低下した領域が設けられているため、当該領域を通過する光の反射角が変化する。このため第１融着接続部を通過する光全体での拡がり角が変化する。拡がり角の変化量は、第１融着接続部のコアの屈折率プロファイルに依存するため、当該屈折率プロファイルを調整することにより、出射端から出射されるレーザ光の拡がり角を所望の範囲に調整することができる。さらに、複数のレーザ装置間の拡がり角のばらつきを抑えて、品質を安定させることもできる。
　この構成は、例えば光ファイバとレンズとを接続して拡がり角を調整する場合と比較してシンプルであり、光ファイバとレンズとの接続部における損失の発生を防ぐことができる。
　ここで、上記態様のレーザ装置は、クラッドモード光を除去するクラッド光除去部をさらに備え、前記第１融着接続部は前記クラッド光除去部よりも上流側に位置していてもよい。
　この場合、第１融着接続部のコアに屈折率を低下させるドーパントが含有されていることに起因してクラッドモード光が生じたとしても、当該クラッドモード光をクラッド光除去部によって除去することができる。したがって、クラッドモード光によって引き起こされるレーザ装置内の意図しない箇所における発熱などを抑制することができる。
　また、前記第１融着接続部の前記クラッドに含有されている前記ドーパントはフッ素であってもよい。
　この場合、拡散速度の速いフッ素を、屈折率を低下させるドーパントとして用いることで、クラッドからコアへと当該ドーパントを移動させる際の効率を高めることができる。
　また、前記第１融着接続部における前記コアのうち、前記ドーパントが含有されている領域の径方向における寸法は、前記コアの半径の１０％以上であってもよい。
　この場合、コア内を伝搬する光のうち、屈折率を低下させるドーパントを含有された領域を通過する割合がある程度確保される。したがって、拡がり角をより確実に調整することができる。なお、上記「１０％以上」との値は、通常の融着接続によってもたらされるものではなく、例えば融着接続を行った後で追加で加熱を行うことで得られる値である。
　また、前記第１融着接続部における前記クラッドのうち前記ドーパントを含有する部分の厚みをｔとし、前記第１融着接続部における前記コアの半径をｒとしたとき、ｔ≧０．２×ｒであってもよい。
　この場合、クラッドに含まれるドーパントの総量を確保し、コアにドーパントが移動した後におけるクラッドの屈折率上昇を抑制することができる。なお、「クラッドのうちドーパントを含有する部分」とは、当該部分とコア中心部との屈折率差が０．０５％以上となる部分である。
　また、前記第１融着接続部における前記コアの直径が５０μｍ以上であってもよい。
　コアの直径が小さすぎると、屈折率を低下させるドーパントを含有する領域を通過することで変化した拡がり角が、前記領域が設けられた部分を通過した後で、変化前の大きさに戻ってしまうことが考えらえる。そこで、コアの直径を５０μｍ以上とすることで、拡がり角が元に戻ってしまうことを抑制し、前記領域による拡がり角の調整効果をより確実に奏功させることができる。
　また、上記態様のレーザ装置は、前記レーザユニットを含む複数のレーザユニットと、複数の前記レーザユニットからそれぞれ出力されるレーザ光を１本のファイバに結合させるコンバイナと、をさらに備え、前記第１融着接続部は前記コンバイナと前記クラッド光除去部との間に位置していてもよい。
　レーザ装置においては、レーザユニットを交換する場合がある。このとき、レーザユニットとコンバイナとの間で融着接続が行われる場合があり、当該融着接続する部分に上記した第１融着接続部が位置していると、第１融着接続部のコアの屈折率プロファイルが変動する可能性がある。つまり、レーザユニットの交換の前後で、レーザ装置の出射端から出射されるレーザ光の拡がり角が変動してしまう可能性がある。そこで、部品交換の頻度が比較的少ない、コンバイナとクラッド光除去部との間の部分に第１融着接続部を配置することで、部品交換によって拡がり角が変動する可能性を低減することができる。
　また、前記第２融着接続部は、前記クラッド光除去部と前記出射端との間に位置していてもよい。
　上記の通り、第１態様のレーザ装置においては、主として第１融着接続部で拡がり角を変化させるため、第２融着接続部では拡がり角を変化させないか、拡がり角を変化させたとしてもその変化量は第１融着接続部における変化量よりも小さくすることができる。このような第２融着接続部を、クラッド光除去部と出射端との間に配置することで、出射端の部品交換に伴って第２融着接続部で融着接続しなおしたとき、出射端から出射されるレーザ光の拡がり角の部品交換前後での変動を抑制することができる。
　また、前記第１融着接続部は、同種の２本の前記マルチモードファイバ同士が融着接続さた構成であり、同種の２本の前記マルチモードファイバは、前記コアの外径、前記クラッドの外径、および前記クラッドに含有されている前記ドーパントの種類が互いに同じであってもよい。
　また、前記第２融着接続部における前記コアの少なくとも一部には、前記第２融着接続部における前記クラッドに含有された屈折率を低下させるドーパントと同種のドーパントが含有されていてもよい。
　この場合、第１融着接続部だけでなく、第２融着接続部においても拡がり角を変化させることができ、レーザ装置全体での拡がり角の調整の幅を大きくすることができる。また、第１融着接続部のみで拡がり角を変化させる場合と比較して、第１融着接続部での拡がり角の変化量を小さくすることができる。これにより、第１融着接続部において屈折率を低下させるドーパントをコアに拡散させるためにクラッドに加える熱量を小さくすることができる。したがって、第１融着接続部のクラッドを加熱することに起因する、第１融着接続部での透過率低下や機械的強度低下などを抑制することができる。
　また、本発明の第２の態様に係るレーザ装置の製造方法は、前記出射端から前記レーザ光を出射させ、出射された前記レーザ光の拡がり角を測定し、当該拡がり角が所定の値となるように、前記第１融着接続部の前記コアの屈折率プロファイルを変化させる調整工程を有する。
　上記第２の態様によれば、拡がり角のレーザ装置ごとのばらつきを抑えることができる。
　また、２本の前記マルチモードファイバ同士を融着接続させることができる融着接続器を用いて前記調整工程を行ってもよい。
　この場合、レーザ装置を製造する際に通常行われる融着接続の際に、拡がり角を調整することができる。このように、従来の製造工程に対して大きな変更を加えることなく拡がり角を調整することで、拡がり角を調整することによる製造コストの増大を抑えることができる。
　本発明の上記態様によれば、シンプルな構成で拡がり角を調整することが可能なレーザ装置を提供することができる。
本実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る光デバイスの断面図である。 融着接続器の一例を示す図である。 サンプル１の屈折率プロファイルを示すグラフである。 サンプル１の長手方向に対する屈折率分布を示すグラフである。 サンプル２の屈折率プロファイルを示すグラフである。 サンプル２の長手方向に対する屈折率分布を示すグラフである。 サンプル３の屈折率プロファイルを示すグラフである。 サンプル３の長手方向に対する屈折率分布を示すグラフである。
　以下、本実施形態のレーザ装置について図面に基づいて説明する。
　図１に示すように、レーザ装置１は、複数のレーザユニット２と、コンバイナ３と、クラッド光除去部４と、出射端５と、を備えている。本明細書では、レーザユニット２側を上流側、出射端５側を下流側という。
　各レーザユニット２は、レーザ光を各ファイバ２ａに出力する。レーザユニット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。レーザユニット２は、励起光を出射する励起光源と、励起光によってレーザ光を生成する共振器と、を備えていてもよい。また、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）方式のレーザユニット２を採用しても良い。
　各ファイバ２ａはコンバイナ３に接続されている。コンバイナ３は、各レーザユニット２から出力されたレーザ光を、１つのファイバ３ａに結合させる。なお、レーザユニット２の数は１つであってもよく、その場合、コンバイナ３は設けられていなくてもよいし、設けられていてもよい。
　クラッド光除去部４は、クラッド内を伝搬する余分なクラッド光を除去する。クラッド光除去部４の構成は適宜選択可能である。例えば、ファイバ４ａ、４ｂ同士の融着接続部において、クラッドの外周に、クラッドよりも屈折率の高い透明な樹脂（高屈折率樹脂）を設けてもよい。この場合、クラッドと高屈折率樹脂との界面において、クラッド光がより屈折率の高い高屈折率樹脂側に進入しやすくなる。したがって、クラッド光をクラッドから除去することができる。
　クラッド光除去部４には、入力側ファイバ４ａおよび出力側ファイバ４ｂが接続されている。入力側ファイバ４ａは、第１融着接続部Ｐ１において、コンバイナ３のファイバ３ａに融着接続されている。
　出射端５は、レーザ光が出射される部分である。出射端５にはデリバリファイバ５ａが接続されている。デリバリファイバ５ａは、第２融着接続部Ｐ２において、出力側ファイバ４ｂに融着接続されている。
　コンバイナ３のファイバ３ａ、クラッド光除去部４のファイバ４ａ、４ｂ、およびデリバリファイバ５ａは、光をマルチモードで伝搬可能なマルチモードファイバである。
　このように、本実施形態のレーザ装置１は、２本のマルチモードファイバ同士が融着接続された構成の第１融着接続部Ｐ１および第２融着接続部Ｐ２を備えている。第１融着接続部Ｐ１は、コンバイナ３とクラッド光除去部４との間に位置している。第２融着接続部Ｐ２は、クラッド光除去部４と出射端５との間に位置している。
　以下の説明では、融着接続部Ｐ１、Ｐ２において融着接続される２本のマルチモードファイバを、第１ファイバＦ１および第２ファイバＦ２として説明する。第１融着接続部Ｐ１については、第１ファイバＦ１がコンバイナ３のファイバ３ａに相当し、第２ファイバＦ２がクラッド光除去部４の入力側ファイバ４ａに相当する。第２融着接続部Ｐ２については、第１ファイバＦ１がクラッド光除去部４の出力側ファイバ４ｂに相当し、第２ファイバＦ２がデリバリファイバ５ａに相当する。
　ここで、本実施形態の第１融着接続部Ｐ１は、光の拡がり角を変化させる光デバイス１０を構成している。以下、図２を用いてより詳しく説明する。
　図２は、光デバイス１０の長手方向に交差する方向から見た光デバイス１０の断面を示している。光デバイス１０は、コア１１と、クラッド１２と、被覆１３と、を備えている。第１融着接続部Ｐ１を構成するファイバＦ１、Ｆ２は互いに同種であってもよい。また、第２融着接続部Ｐ２を構成するファイバＦ１、Ｆ２は互いに同種であってもよい。なお、本明細書において２本のファイバが「同種」であるとは、コア１１の外径、クラッド１２の外径、およびクラッド１２に含有されているドーパントの種類が同じであることをいう。
　コア１１は石英ガラスにより形成されている。コア１１の直径は、例えば５０μｍ以上であり、光をマルチモードで伝搬可能となっている。クラッド１２は、石英ガラスにより形成され、コア１１を囲っている。クラッド１２は、内側部１２ａと、前記内側部１２ａの外側に形成された外側部１２ｂと、を有している。内側部１２ａには、石英ガラスの屈折率を低下させるドーパントが添加されている。このようなドーパントとしては、Ｆ（フッ素）、Ｂ（ホウ素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）などを採用することができる。ドーパントの添加により、少なくともコア１１との界面において、クラッド１２の屈折率はコア１１よりも低くなっている。これにより、光をコア１１内に閉じ込めることができる。
　外側部１２ｂには、石英ガラスの屈折率を低下させるドーパントが添加されていない。
　このように、クラッド１２が、屈折率を低下させるドーパントを含有する内側部１２ａと、当該ドーパントを含有しない外側部１２ｂと、を有することで、クラッド１２に添加されるドーパントの総量を少なくして、コストダウンを図ることができる。なお、クラッド１２の全体に、屈折率を低下させるドーパントが添加されていてもよい。また、必要に応じて、コア１１またはクラッド１２に、屈折率を下げる目的以外のドーパント（例えば粘度調整のため等）を添加してもよい。
　被覆１３は、クラッド１２を覆っている。被覆１３としては、樹脂などを用いることができる。例えば、ウレタンアクリレート系、ポリブタジエンアクリレート系、エポキシアクリレート系、シリコーンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系のＵＶ硬化型樹脂を被覆１３として採用してもよい。
　被覆１３の一部は、不連続部１３ａとなっている。本明細書において「不連続部」とは、被覆１３が除去された部分（被覆除去部）、若しくは被覆１３が除去された後で再び樹脂などで覆われた部分（再被覆部）をいう。また、被覆１３のうち不連続部１３ａ以外の部分を連続部１３ｂという。図２の例では、被覆１３の一部が除去された後、再び樹脂などで覆われることで不連続部１３ａが構成されている。
　本明細書では、長手方向において不連続部１３ａが位置している範囲を第１領域Ａ１といい、不連続部１３ａが位置していない範囲を第２領域Ａ２という。換言すると、第２領域Ａ２は、連続部１３ｂが位置している範囲である。
　融着接続部Ｐ１は、第１領域Ａ１に位置している。すなわち、融着接続部Ｐ１は被覆１３が不連続部１３ａとなっている部分に位置している。
　ここで本実施形態では、コア１１のうち第１領域Ａ１に位置している部分に、調整部１１ａが設けられている。
　調整部１１ａは、クラッド１２の内側部１２ａに添加されたドーパントがコア１１へ拡散又は浸透した部分である。屈折率を低下させるためのドーパントにより、調整部１１ａでは、コア１１の調整部１１ａ以外の部分よりも屈折率が低くなっている。なお、調整部１１ａとは、当該部分とコア中心部との屈折率差が０．０５％以上となる部分としてもよい。調整部１１ａは、コア１１の外周面に沿って間欠的に設けられていてもよいし、外周面の全周にわたって連続的に設けられていてもよい。
　調整部１１ａは、融着接続部Ｐ１を長手方向において跨ぐように配置されている。換言すると、調整部１１ａは、融着接続部Ｐ１から長手方向における両側に向けて延びている。図２では、融着接続部Ｐ１を基準として、長手方向における一方側（下流側）を＋Ｚ側、他方側（上流側）を－Ｚ側として表示している。融着接続部Ｐ１から調整部１１ａの＋Ｚ側の端部までの長手方向における寸法と、融着接続部Ｐ１から調整部１１ａの－Ｚ側の端部までの長手方向における寸法と、は互いに略同じである。すなわち、調整部１１ａは、融着接続部Ｐ１を中心として略左右対称に形成されている。
　調整部１１ａは、クラッド１２を加熱して、クラッド１２の内側部１２ａに含まれている屈折率を低下させるドーパントをコア１１に移動させることで設けることができる。調整部１１ａを設ける具体的な方法としては、例えば被覆１３の一部を除去してクラッド１２の外周面を露出させ、露出したクラッド１２をヒータにより加熱してもよい。あるいは、露出したクラッド１２に向けて電力で放電し、放電によって加熱してもよい。特に、図３に示すような融着接続器１００によるアーク放電が好適である。
　図３に、融着接続器１００の一例を示す。融着接続器１００は、第１ファイバＦ１の軸線と第２ファイバＦ２の軸線とが一致し、かつファイバＦ１、Ｆ２の端面同士が当接するように、ファイバＦ１、Ｆ２を保持して位置決めする。そして、当接された端面の近傍に放電して加熱することで、ファイバＦ１、Ｆ２のコア１１およびクラッド１２を溶融して融着させる。融着接続部Ｐ１は、融着接続器１００を用いて設けることができる。さらに、ファイバＦ１、Ｆ２を融着接続させた後、追加放電を行うことで、クラッド１２に含まれている屈折率を低下させるドーパントをコア１１に移動させて、調整部１１ａを設けることができる。
　なお、石英ガラス内における拡散の速度を考慮すると、屈折率を低下させるドーパントとしてはＦ（フッ素）が好適である。Ｆを用いることで、例えばＢやＧｅと比較して、短時間でドーパントをクラッド１２からコア１１に移動させ、調整部１１ａを設けることができる。
　なお、調整部１１ａを設けた後、被覆１３が除去された部分を樹脂によって再度被覆してもよい。この場合、再度設けられた被覆（再被覆部）によって、クラッド１２の外周面を保護することができる。ただし、例えば漏れ光による発熱などの可能性が低い場合には、再被覆部を設けなくてもよい。
　調整部１１ａが設けられている部分におけるコア１１の屈折率プロファイルは、調整部１１ａが設けられていない部分におけるコア１１の屈折率プロファイルと異なっている。
　なお、「屈折率プロファイル」とは、半径方向におけるコア１１の屈折率分布である。
　次に、以上のように構成されたレーザ装置１の作用について説明する。
　図２に示す第２領域Ａ２では、コア１１の屈折率プロファイルは長手方向に沿って一定となっている。このため、第２領域Ａ２を進む光の拡がり角は、長手方向に沿って一定となる。
　一方、第１領域Ａ１の少なくとも一部では、調整部１１ａによって、コア１１の屈折率プロファイルが変化する。すなわち、第２領域Ａ２から第１領域Ａ１に進入した光は、屈折率プロファイルが長手方向で変化する領域を伝播する。また、調整部１１ａは、コア１１の半径方向における全体ではなく、外周の一部分に設けられている。したがって、コア１１内を伝搬する光の一部は調整部１１ａの影響を受ける一方、残りの部分は調整部１１ａの影響を受けない。これにより、コア１１を伝搬する一部の光の反射角がばらつき、融着接続部Ｐ１を通過した光の拡がり角が変化する。シングルモードファイバにおいては伝搬するモードが単一であるため影響ないが、マルチモードファイバの場合はモード間の結合効率が変化するため、拡がり角が変化すると考えられる。
　また、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とを比較したときの屈折率プロファイルの変化の程度が大きいほど、光の拡がり角の変化の程度も大きくなる。そして、屈折率プロファイルの変化の程度は、加熱によって調整部１１ａを設ける際の、加熱時間や加熱温度に依存する。すなわち、加熱時間や加熱温度を調整することで、光の拡がり角を変化させて、例えばＢＰＰ（Beam Parameter Product）を所望の値とすることが可能となる。
　上記の通り、第１融着接続部Ｐ１のコア１１の少なくとも一部には、クラッド１２に含有された屈折率を低下させるドーパントと同種のドーパントが含有される。一方、第２融着接続部Ｐ２のコア１１には、屈折率を含有させるドーパントが含有されていないか、含有されていたとしても、その含有量は第１融着接続部Ｐ１における含有量より小さい。したがって、第１融着接続部Ｐ１のコア１１と、第２融着接続部Ｐ２のコア１１とでは、屈折率プロファイルが異なっている。第２融着接続部Ｐ２のコア１１にも屈折率を低下させるドーパントが含有されている場合、含有領域の径方向の厚みは、コア１１の半径の５％以下であることが好ましい。
　クラッド１２からコア１１へのドーパントの拡散量は、クラッド１２に加える熱量に依存するため、第１融着接続部Ｐ１における加熱時間または加熱温度を、第２融着接続部Ｐ２における加熱時間または加熱温度よりも大きくすることで、上記のように屈折率プロファイルを相違させることができる。
　以上説明したように、本実施形態のレーザ装置１は、レーザ光が伝搬するコア１１およびコア１１を囲うクラッド１２を有する２本のファイバＦ１、Ｆ２同士が融着接続された構成の第１融着接続部Ｐ１および第２融着接続部Ｐ２を備えている。そして、第１融着接続部Ｐ１のコア１１の少なくとも一部に、屈折率を低下させるドーパントが含有されており、当該ドーパントにより、コア１１内における屈折率プロファイルが変化している。これにより、出射端５から出射されるレーザ光の拡がり角を所望の範囲に調整することができる。さらに、複数のレーザ装置間の拡がり角のばらつきを抑えて、品質を安定させることもできる。
　この構成は、例えば光ファイバとレンズとを接続して拡がり角を調整する場合と比較してシンプルであり、光ファイバとレンズとの接続部における損失の発生を防ぐことができる。
　また、第１融着接続部Ｐ１はクラッド光除去部４よりも上流側に位置している。このような構成とすることで、第１融着接続部Ｐ１においてクラッドモード光が生じたとしても、当該クラッドモード光をクラッド光除去部４によって除去することができる。これにより、クラッドモード光により引き起こされる、レーザ装置１内の意図しない箇所における発熱などを抑制することができる。
　また、レーザ装置１においては、レーザユニット２を交換する場合がある。このとき、レーザユニット２とコンバイナ３との間で融着接続が行われる場合があり、当該融着接続する部分に、仮に第１融着接続部Ｐ１が位置していると、レーザユニット２の交換の前後で第１融着接続部Ｐ１のコアの屈折率プロファイルが変動する可能性がある。つまり、レーザユニット２の交換の前後で、出射端５から出射されるレーザ光の拡がり角が変動してしまう可能性がある。そこで、部品交換の頻度が比較的少ない、コンバイナ３とクラッド光除去部４との間の部分に第１融着接続部Ｐ１を配置することで、部品交換によって拡がり角が変動する可能性を低減することができる。
　また、第２融着接続部Ｐ２においても、クラッド１２に含有されている屈折率を低下させるドーパントと同種のドーパントがコア１１内に含有されていてもよい。つまり、第２融着接続部Ｐ２のコア１１にも、調整部１１ａが設けられていてもよい。このように、第２融着接続部Ｐ２でも拡がり角を変化させることで、レーザ装置１全体での拡がり角の調整可能な範囲を大きくすることができる。また、第１融着接続部Ｐ１のみで拡がり角を変化させる場合と比較して、第１融着接続部Ｐ１での拡がり角の変化量を小さくすることができる。これにより、第１融着接続部Ｐ１において屈折率を低下させるドーパントをコア１１に拡散させるためにクラッド１２に加える熱量を小さくすることができる。したがって、第１融着接続部Ｐ１のクラッド１２を加熱することに起因する、第１融着接続部Ｐ１での透過率低下や機械的強度低下などを抑制することができる。
　ただし、第２融着接続部Ｐ２における拡がり角の変化量は、第１融着接続部Ｐ１における拡がり角の変化量よりも小さいことがこの好ましい。このように、第２融着接続部Ｐ２における拡がり角の変化量を小さくすると、第２融着接続部Ｐ２においてクラッドモード光が生じにくくなる。したがって、第２融着接続部Ｐ２がクラッド光除去部４よりも下流側に位置していても、出射端５から出射されるレーザ光にクラッドモード光が含まれることを抑制できる。
　また、レーザ装置１においては、出射端５を部品交換する場合がある。この場合、部品交換の後、クラッド光除去部４と出射端５との間に位置する第２融着接続部Ｐ２において、再度融着接続を行うことになる。これを考慮し、第２融着接続部Ｐ２における拡がり角を変化させる能力を低くすることで、部品交換の前後で出射端５から出射されるレーザ光の拡がり角が大きく変化してしまうことを抑制できる。
　また、融着接続部Ｐ１のクラッド１２に含まれる、屈折率を低下させるドーパントとして、拡散速度が速いフッ素を採用することで、より短時間で効率よくコア１１にドーパントを拡散させることができる。
　また、第１融着接続部Ｐ１のコア１１のうち、屈折率を低下させるドーパントが含有されている領域（調整部１１ａ）の径方向の寸法は、コア１１の半径の１０％以上であることが好ましい。例えばコア１１の半径が５０μｍである場合、調整部１１ａの径方向の寸法は５μｍ以上であることが好ましい。このような割合とすることで、コア１１を伝搬する光の約１９％以上が、調整部１１ａによる影響を受けることになる。このように、コア１１内を伝搬する光のうち、調整部１１ａの影響を受ける割合をある程度確保することで、調整部１１ａによる拡がり角の調整をより確実に行うことができる。なお、調整部１１ａの径方向の寸法を、コア１１の半径の１０％以上にするために、例えば通常の融着接続を行った後で追加で加熱を行ってもよい。
　また、本実施形態では、クラッド１２に含有されていた屈折率を低下させるドーパントをコア１１に移動させることで、調整部１１ａを設けている。このため、ドーパントが移動した分だけ、クラッド１２の屈折率が上昇する。そこで、クラッド１２のうち屈折率を低下させるドーパントを含有する部分（すなわち内側部１２ａ）の厚みをｔとし、コア１１の半径をｒとしたとき、ｔ≧０．２×ｒであってもよい。このように、内側部１２ａをある程度厚くすることで、クラッド１２に含まれるドーパントの総量を確保し、コア１１にドーパントが移動した後におけるクラッド１２の屈折率上昇を抑制することができる。
　また、例えばシングルモードファイバのようにコア１１の直径が小さすぎると、調整部１１ａによって調整された拡がり角が、調整部１１ａが設けられた部分を通過した後で調整前の大きさに戻ってしまうことが考えられる。そこで、コア１１の直径を５０μｍ以上とすることで、調整部１１ａが設けられた部分を通過した後も拡がり角が維持されるようにして、融着接続部Ｐ１における拡がり角の調整効果をより確実に奏功させることができる。
　また、本実施形態では、当初はクラッド１２に位置していた屈折率を低下させるドーパントの一部をコア１１に移動させることで、コア１１の屈折率プロファイルを変化させている。このため、コア１１へのドーパントの移動量が過剰であると、クラッド１２の屈折率が上昇してしまい、クラッド１２によるコア１１の光の閉じ込めが弱くなってしまう可能性がある。このことを考慮して、第２領域Ａ２におけるクラッド１２の最低屈折率と、第１領域Ａ１におけるクラッド１２の最低屈折率との相違は、１０％以内とすることが好ましい。
　また、本実施形態のレーザ装置１の製造方法は、出射端５からレーザ光を出射させ、出射されたレーザ光の拡がり角を測定し、当該拡がり角が所定の値となるように第１融着接続部Ｐ１のコア１１の屈折率プロファイルを変化させる調整工程を有する。これにより、拡がり角のレーザ装置ごとのばらつきを抑えることができる。
　また、融着接続器１００を用いて前記調整工程を行うことで、レーザ装置１を製造する際に通常行われる融着接続の際に、拡がり角を調整することができる。このように、従来の製造工程に対して大きな変更を加えることなく拡がり角を調整することで、拡がり角を調整することによる製造コストの増大を抑えることができる。
　以下、具体的な実施例を用いて、上記実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。特に、融着接続部Ｐ１、Ｐ２の構造は、以下の説明で用いる図４Ａ～図６Ｂに示した屈折率の分布に限定されない。
　本実施例では、以下の３つの光デバイス（サンプル１～３）を用意した。
サンプル１：追加放電無し（図４Ａ、図４Ｂ）
サンプル２：追加放電あり（図５Ａ、図５Ｂ）
サンプル３：追加放電あり（図６Ａ、図６Ｂ）
　各サンプル１～３は、２つのマルチモードファイバＦ１、Ｆ２を融着接続して構成された光デバイスである（図２参照）。融着接続は、図３に示すような融着接続器１００を用いて行った。コア１１の直径は１００μｍとし、クラッド１２の直径は３６０μｍとした。クラッド１２には、フッ素が添加されている内側部１２ａと、フッ素が添加されていない外側部１２ｂとを設けた。内側部１２ａの厚みは約２５μｍとした。
　サンプル２、３については、マルチモードファイバＦ１、Ｆ２を融着接続した後、融着接続部Ｐ１に追加放電を行うことで、クラッド１２に含まれているフッ素をコア１１に移動させて調整部１１ａを設けた。ただし、サンプル３の追加放電の強度は、サンプル２の追加放電の強度の２倍とした。すなわち、サンプル２、３では追加放電の強度が異なっている。サンプル２、３については、放電時間を２０秒とした。サンプル１については、追加放電を行わなかった。
　図４Ａ、図５Ａ、図６Ａの横軸は、マルチモードファイバＦ１、Ｆ２の半径方向の位置を示しており、コア１１の中心位置をｒ＝０としている。コア１１の直径は１００μｍであるため、横軸が－５０μｍ≦ｒ≦５０μｍの範囲はコア１１の屈折率プロファイルを示している。また、横軸が－７５≦ｒ＜－５０μｍの範囲、および５０μｍ＜ｒ≦７５μｍの範囲は、クラッド１２のフッ素添加領域（内側部１２ａ）の屈折率プロファイルを示している。
　図４Ａ、図５Ａ、図６Ａの縦軸は、サンプル１におけるクラッド１２の外周面の屈折率を基準とする、比屈折率差Δを示している。換言すると、比屈折率差Δは、フッ素が添加されていない石英ガラスを基準とした比屈折率差である。図４Ａ、図５Ａ、図６Ａには、長手方向の位置（Ｚ軸座標）が異なる５つのデータを示している。図２に示すように、融着接続部Ｐ１の位置をＺ＝０としている。また、融着接続部Ｐ１から見て、図２における紙面の右側を＋Ｚ側、紙面の左側を－Ｚ側としている。このＺ軸の定義は図４Ａ、図５Ａ、図６Ａで共通である。
　図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂの横軸は、長手方向の位置を示している。Ｚ軸の定義は、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａと同様である。図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂの縦軸は、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａと同様である。
　図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂには、異なる２つの半径方向の位置（ｒ＝±４５μｍ）における比屈折率差Δを示している。
　まず、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａについて考察する。図４Ａに示すように、追加放電を行っていないサンプル１では、長手方向の位置に関わらず屈折率プロファイルがほぼ一定となっている。これに対して、図５Ａ、図６Ａに示すように、追加放電を行っているサンプル２、３では、長手方向の位置に応じて屈折率プロファイルが大きく異なっている。より詳しくは、長手方向における位置が融着接続部Ｐ１に近いほど、すなわちＺ軸座標が０に近いほど、調整部１１ａにおけるΔが低下するとともに、クラッド１２の内側部１２ａにおけるΔが上昇する傾向がある。これは、内側部１２ａに添加されていたフッ素が調整部１１ａに移動することで、調整部１１ａの屈折率が低下するとともに、内側部１２ａの屈折率が上昇したことを意味している。そして、フッ素の移動量は、追加放電の中心位置である融着接続部Ｐ１に近づくほど大きくなっている。これは、追加放電の中心位置に近いほど強く加熱されて、熱によるフッ素の拡散移動が活発になるためである。
　このように、融着接続器１００においてファイバＦ１、Ｆ２を融着接続した後、追加放電を行うことで、クラッド１２のフッ素を移動させてコア１１の屈折率プロファイルを変化させられることが確認された。
　また、図５Ａ、図６Ａの屈折率プロファイルから、サンプル２、３では、調整部１１ａの半径方向の位置は、おおよそ－５０μｍ≦ｒ≦－３５μｍおよび３５≦ｒ≦５０μｍの範囲であることがわかる。つまり、調整部１１ａの径方向の寸法は約１５μｍとなっている。コア１１の半径は５０μｍであるから、サンプル２、３における調整部１１ａの径方向の寸法は、コア１１の半径の約３０％となっている。
　また、図５Ｂ、図６Ｂに示すように、サンプル２とサンプル３とで、Ｚ＝０近傍の比屈折率差Δは大きく異なっている。すなわち、サンプル２とサンプル３とで、ｒ＝±４５μｍ（調整部１１ａの範囲内）における融着接続部Ｐ１近傍の屈折率は大きく異なっている。より詳しくは、ｒ＝±４５μｍ、Ｚ＝０における比屈折率差Δは、サンプル２では約－０．１８％であり、サンプル３では約－０．３５％である。
　そして、サンプル１～３の光デバイスをそれぞれレーザ装置に設けたところ、当該レーザ装置を伝搬する光のＢＰＰの値が変化した。より詳しくは、サンプル３とサンプル１との間のＢＰＰの変化量は、サンプル２とサンプル１との間のＢＰＰの変化量の約２倍となった。これは、上記したｒ＝±４５μｍ、Ｚ＝０における比屈折率差Δの違いと概ね一致している。そしてサンプル３とサンプル２との相違点は、追加放電の強度の違いであるから、追加放電の強度を調整することで、ＢＰＰの変化量を調整可能であることが確認された。
　また、図５Ｂ、図６Ｂに示すように、サンプル２、３では、長手方向に沿って屈折率がなだらかに変化している。ここで、コア１１内で屈折率が長手方向において変化する場合、その変化が長手方向に対して急峻であると、光が長手方向において逆行するように、コア１１内で反射が生じてしまう場合がある。これに対して、図５Ｂ、図６Ｂに示すように、長手方向において屈折率がなだらかに変化している場合には、コア１１内における上記のような反射が生じにくい。
　また、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａに示すように、サンプル１～３では、クラッド１２における最小の屈折率差がΔ＝０％であり、実質的に変化していない。
これにより、クラッド１２によるコア１１内への光を閉じ込める効果が弱くなることを抑制できる。
　また、コア１１の半径ｒ（５０μｍ）に対して、クラッド１２のフッ素が添加されている内側部１２ａの厚みｔが約２５μｍと充分な厚さがある。これにより、クラッド１２に含まれるドーパントの総量を確保し、コア１１にドーパントが移動した後におけるクラッド１２の屈折率上昇を抑制することができる。
　なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　例えば前記実施形態では、融着接続器１００の追加放電によって融着接続部Ｐ１を加熱し、クラッド１２の屈折率を低下させるドーパントをコア１１に拡散させた。しかしながら、例えばヒータなどで融着接続部Ｐ１を加熱することで、上記ドーパントをコア１１に拡散させてもよい。
　また、融着接続部Ｐ１、Ｐ２の位置は図１に限定されず、適宜変更可能である。
　また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。
　１…レーザ装置　２…レーザユニット　５…出射端　１１…コア　１２…クラッド　１３…被覆　Ｐ１…第１融着接続部　Ｐ２…第２融着接続部　Ｆ１、Ｆ２…マルチモードファイバ

Claims (12)

  1. 　レーザ光を出力するレーザユニットと、
    　前記レーザ光を出射する出射端と、
    　前記レーザ光が伝搬するコア及び前記コアを囲うクラッドを有する２本のマルチモードファイバ同士が融着接続された構成の第１融着接続部および第２融着接続部と、を備え、
    　前記レーザユニット側を上流側、前記出射端側を下流側とするとき、前記第１融着接続部は、前記第２融着接続部よりも上流側に位置し、
    　前記第１融着接続部における前記コアの少なくとも一部には、前記第１融着接続部における前記クラッドに含有された屈折率を低下させるドーパントと同種のドーパントが含有され、
    　前記第１融着接続部における前記コアと前記第２融着接続部における前記コアとで屈折率プロファイルが異なっている、レーザ装置。
  2. 　クラッドモード光を除去するクラッド光除去部をさらに備え、
    　前記第１融着接続部は前記クラッド光除去部よりも上流側に位置している、請求項１に記載のレーザ装置。
  3. 　前記第１融着接続部の前記クラッドに含有されている前記ドーパントはフッ素である、請求項１または２に記載のレーザ装置。
  4. 　前記第１融着接続部における前記コアのうち、前記ドーパントが含有されている領域の径方向における寸法は、前記コアの半径の１０％以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ装置。
  5. 　前記第１融着接続部における前記クラッドのうち前記ドーパントを含有する部分の厚みをｔとし、前記第１融着接続部における前記コアの半径をｒとしたとき、ｔ≧０．２×ｒである、請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
  6. 　前記第１融着接続部における前記コアの直径が５０μｍ以上である、請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ装置。
  7. 　前記レーザユニットを含む複数のレーザユニットと、
    　複数の前記レーザユニットからそれぞれ出力されるレーザ光を１本のファイバに結合させるコンバイナと、
    　クラッドモード光を除去するクラッド光除去部と、をさらに備え、
    　前記第１融着接続部は前記コンバイナと前記クラッド光除去部との間に位置している、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ装置。
  8. 　クラッドモード光を除去するクラッド光除去部をさらに備え、前記第２融着接続部は、前記クラッド光除去部と前記出射端との間に位置している、請求項１から７のいずれか１項に記載のレーザ装置。
  9. 　前記第１融着接続部は、同種の２本の前記マルチモードファイバ同士が融着接続さた構成であり、
    　同種の２本の前記マルチモードファイバは、前記コアの外径、前記クラッドの外径、および前記クラッドに含有されている前記ドーパントの種類が互いに同じである、請求項１から８のいずれか１項に記載のレーザ装置。
  10. 　前記第２融着接続部における前記コアの少なくとも一部には、前記第２融着接続部における前記クラッドに含有された屈折率を低下させるドーパントと同種のドーパントが含有されている、請求項１から９のいずれか１項に記載のレーザ装置。
  11. 　請求項１から１０のいずれか１項に記載のレーザ装置を製造する、レーザ装置の製造方法であって、
    　前記出射端から前記レーザ光を出射させ、出射された前記レーザ光の拡がり角を測定し、当該拡がり角が所定の値となるように、前記第１融着接続部の前記コアの屈折率プロファイルを変化させる調整工程を有する、レーザ装置の製造方法。
  12. 　２本の前記マルチモードファイバ同士を融着接続させることができる融着接続器を用いて前記調整工程を行う、請求項１１に記載のレーザ装置の製造方法。
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