WO2021044677A1 - 光ファイバ、レーザ生成装置、レーザ加工装置、及び光ファイバの製造方法 - Google Patents

光ファイバ、レーザ生成装置、レーザ加工装置、及び光ファイバの製造方法 Download PDF

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研介 島
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株式会社フジクラ
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber, a laser generator, a laser processing device, and a method for manufacturing an optical fiber, and particularly relates to an optical fiber used for adjusting the optical characteristics of a laser beam.
  • Fiber laser devices have higher light-collecting properties than conventional laser devices and can use optical fibers with good maneuverability, so they are rapidly becoming widespread in various fields such as marking and material processing.
  • the object to be processed is irradiated with a high-power laser beam to heat and melt the object to be processed, and processing such as welding or cutting is performed.
  • processing such as welding or cutting is performed.
  • laser machining in order to improve machining performance such as machining speed and machining quality, it is important to change the optical characteristics of the laser beam to be irradiated according to the material of the object to be machined.
  • a plurality of optical waveguide layers are formed on the optical fiber, and the ratio of the power of the laser light output from each optical waveguide layer.
  • the technology to adjust is known.
  • a technique for selectively introducing laser light into a specific optical waveguide layer by inserting and removing a wedge-shaped glass member between an optical fiber that emits laser light and an optical fiber having a plurality of optical waveguide layers for example, patent.
  • Patent Document 1 a technique for example, Patent Document 2 in which a laser beam emitted from an optical fiber is deflected by a lens and guided to a specific optical waveguide layer of the optical fiber on the downstream side are known.
  • the configuration tends to be complicated.
  • the laser beam is once emitted from the optical fiber on the upstream side and then the optical path of the laser beam is changed by the glass member or the lens, a slight change in the position or orientation of the glass member or the lens causes the downstream side to change.
  • the position where the laser beam is incident on the optical fiber changes significantly. Therefore, it is difficult to accurately guide the laser beam to the desired optical waveguide layer of the optical fiber on the downstream side.
  • the end face of the optical fiber on the downstream side and the foreign matter adhering to the optical fiber are irradiated with the laser beam to generate heat, which may cause damage to the optical fiber on the downstream side.
  • 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 an optical fiber capable of easily outputting light having desired optical characteristics with low loss. And.
  • a second object of the present invention is to provide a laser generator capable of easily outputting a laser beam having desired optical characteristics with low loss.
  • a third object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of high-quality processing according to the object to be processed.
  • a fourth object of the present invention is to provide a method capable of easily producing an optical fiber capable of outputting light having desired optical characteristics with low loss.
  • an optical fiber capable of easily outputting light having desired optical characteristics with low loss.
  • This optical fiber includes a central core, an inner ring layer located radially outside the center core, one or more outer cores located radially outside the inner ring layer, and a radius of one or more outer cores. It includes one or more outer ring layers located on the outer side in the direction.
  • the inner ring layer has a refractive index lower than that of the central core.
  • the one or more outer cores have a refractive index higher than that of the inner ring layer.
  • the one or more outer ring layers have a refractive index lower than that of the one or more outer cores.
  • the relative refractive index difference delta CF between the central core and the inner ring layer varies along the longitudinal direction, at least one position along the longitudinal direction, said one or more outer core and said one or more smaller than the relative refractive index difference delta PF between the outer ring layer adjacent to the radially outward of the outer core.
  • a laser generator capable of easily outputting a laser beam having desired optical characteristics with low loss.
  • This laser generator includes at least one laser light source that generates laser light, the above-mentioned optical fiber, and a fiber bending portion configured to bend the above-mentioned optical fiber at at least one of the above-mentioned positions.
  • the optical fiber is connected to the downstream side of the laser light source so that the laser light from the at least one laser light source is introduced into the central core.
  • a laser processing apparatus capable of high quality processing according to the object to be processed.
  • This laser processing apparatus includes the above-mentioned laser generator and a laser irradiation unit that irradiates the laser beam output from the laser generator toward the object to be processed.
  • a method capable of easily producing an optical fiber capable of outputting light having desired optical characteristics with low loss comprising the central core, the inner ring layer located on the radial outer side of the central core, one or more outer cores located on the radial outer side of the inner ring layer, and the radial direction of the one or more outer cores.
  • a base optical fiber including one or more outer ring layers located on the outside is prepared.
  • the inner ring layer contains a dopant having a property of lowering the refractive index, and has a refractive index lower than that of the central core.
  • the one or more outer ring layers have a refractive index lower than the refractive index of the outer core adjacent to the inside in the radial direction of the one or more outer ring layers.
  • the one or more outer cores have a refractive index higher than that of the inner ring layer.
  • at least one location along the longitudinal direction of the substrate optical fiber is heated to diffuse the dopant in the inner ring layer, resulting in a specific refractive index between the central core and the inner ring layer.
  • the rate difference ⁇ CF is made smaller than the specific refractive index difference ⁇ PF between the one or more outer cores and the outer ring layer adjacent to the outer ring layer in the radial direction of the one or more outer cores.
  • the dopant may be fluorine.
  • a method capable of easily producing an optical fiber capable of outputting light having desired optical characteristics with low loss comprising a central core containing a dopant having a property of increasing the refractive index, an inner ring layer located radially outside the central core, and an inner ring layer having a refractive index lower than the refractive index of the central core.
  • a base optical fiber including one or more outer cores located radially outside the inner ring layer and one or more outer ring layers located radially outside the one or more outer cores is prepared.
  • the one or more outer ring layers have a refractive index lower than the refractive index of the outer core adjacent to the inside in the radial direction of the one or more outer ring layers.
  • the one or more outer cores have a refractive index higher than that of the inner ring layer.
  • at least one point along the longitudinal direction of the base material optical fiber is heated to diffuse the dopant in the central core, and the specific refractive index between the central core and the inner ring layer.
  • the difference ⁇ CF is made smaller than the specific refractive index difference ⁇ PF between the one or more outer cores and the outer ring layer adjacent to the outer ring layer in the radial direction of the one or more outer cores.
  • the dopant may be germanium.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an optical fiber according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross section taken along line AA of FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing the refractive index distribution in the radial direction in the cross section taken along the line AA of FIG.
  • FIG. 4 is a graph showing the refractive index distribution in the radial direction in the cross section of the line BB of FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing the refractive index distribution in the radial direction in the cross section taken along the line CC of FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of the usage mode of the optical fiber shown in FIG. FIG.
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an optical fiber according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross section taken along the line DD of FIG.
  • FIG. 10 is a graph showing the refractive index distribution in the radial direction in the cross section of the DD line of FIG.
  • FIG. 11 is a graph showing the refractive index distribution in the radial direction in the cross section of the line EE of FIG.
  • FIG. 12 is a graph showing the refractive index distribution in the radial direction in the FF line cross section of FIG.
  • FIG. 13 is a schematic view showing a configuration of a laser processing apparatus using an optical fiber according to the present invention.
  • FIGS. 1 to 13 the same or corresponding components are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. Further, in FIGS. 1 to 13, the scale and dimensions of each component may be exaggerated or some components may be omitted.
  • FIG. 1 is a sectional view schematically showing an optical fiber 1 according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
  • the optical fiber 1 has an optical input unit 2 connected to a laser light source such as a fiber laser and a structure capable of distributing the light input from the optical input unit 2 to a plurality of optical waveguide layers. It includes a light processing unit 3 and an optical output unit 4 that propagates the light distributed by the light processing unit 3.
  • the optical fiber 1 of the present embodiment includes a central core 10, an inner ring layer 20 covering the central core 10, an outer core 30 covering the inner ring layer 20, and an outer core 30. It has an outer ring layer 40 that covers the outer ring layer 40 and a resin layer 50 that covers the outer ring layer 40.
  • the central core 10 and the outer core 30 are composed of, for example, SiO 2.
  • Dopants for example, fluorine (F) and boron (B) having a property of lowering the refractive index are added to each of the inner ring layer 20 and the outer ring layer 40.
  • the outer diameter of the central core 10 is 100 ⁇ m
  • the outer diameter of the inner ring layer 20 is 110 ⁇ m
  • the outer diameter of the outer core 30 is 200 ⁇ m
  • the outer diameter of the outer ring layer 40 is 360 ⁇ m.
  • FIG. 3 is a graph showing the refractive index distribution in the radial direction of the optical input unit 2 in the AA cross section of FIG.
  • a dopant having a property of lowering the refractive index is added to the inner ring layer 20 and the outer ring layer 40, the refractive indexes of the inner ring layer 20 and the outer ring layer 40 are shown in FIG. As shown, it is lower than the refractive index of the central core 10 and the outer core 30.
  • the refractive index of the inner ring layer 20 adjacent to the outer side in the radial direction of the central core 10 is lower than the refractive index of the central core 10, whereby the central core 10 traps and propagates light inside. It is an optical waveguide layer.
  • the refractive index of the inner ring layer 20 adjacent to the inner side in the radial direction of the outer core 30 and the refractive index of the outer ring layer 40 adjacent to the outer side in the radial direction of the outer core 30 are lower than the refractive index of the outer core 30, respectively.
  • the outer core 30 is an optical waveguide layer that traps and propagates light inside.
  • fluorine is used as the dopant.
  • the specific refractive index difference ⁇ C1 between the central core 10 and the inner ring layer 20 is 1.0%, and the outer core 30 and the outer ring layer are used.
  • the specific refractive index difference ⁇ P1 with 40 is also 1.0%. In the example shown in FIG.
  • the specific refractive index difference ⁇ P1 between the outer core 30 and the outer ring layer 40 is the same as the specific refractive index difference ⁇ C1 between the central core 10 and the inner ring layer 20.
  • the specific refractive index difference ⁇ P1 between the outer core 30 and the outer ring layer 40 may be larger than the specific refractive index difference ⁇ C1 between the central core 10 and the inner ring layer 20. ..
  • FIG. 4 is a graph showing the refractive index distribution in the radial direction of the light processing unit 3 in the cross section taken along the line BB of FIG.
  • the refractive index of the inner ring layer 20 is lower than that of the central core 10, but the central core 10 and the inner ring layer 20 in the light processing unit 3 the relative refractive index difference delta CF of between is smaller than the relative refractive index difference delta C1 at the light input portion 2.
  • the refractive index of the outer ring layer 40 is lower than the refractive index of the outer core 30, the relative refractive index difference delta PF between the outer core 30 and the outer ring layer 40 in the light processing unit 3, the light It is the same as or smaller than the specific refractive index difference ⁇ P1 in the input unit 2.
  • the relative refractive index difference delta CF 0.6%
  • the relative refractive index difference delta PF is 1.0%.
  • FIG. 5 is a graph showing the refractive index distribution in the radial direction in the light output unit 4 in the CC line cross section of FIG.
  • the refractive index distribution in the light output unit 4 is the same as the refractive index distribution in the light input unit 2.
  • the specific refractive index difference ⁇ C2 between the central core 10 and the inner ring layer 20 is 1.0%
  • the specific refractive index difference ⁇ P2 between the outer core 30 and the outer ring layer 40 is 1.0. %.
  • the specific refractive index difference ⁇ P2 between the outer core 30 and the outer ring layer 40 is the same as the specific refractive index difference ⁇ C2 between the central core 10 and the inner ring layer 20.
  • the specific refractive index difference ⁇ P2 between the outer core 30 and the outer ring layer 40 may be larger than the specific refractive index difference ⁇ C2 between the central core 10 and the inner ring layer 20. ..
  • the refractive index of the inner ring layer 20 changes along the longitudinal direction. That is, the refractive index of the inner ring layer 20A in the light processing unit 3 is higher than the refractive index of the inner ring layer 20B in the light input unit 2, and the refractive index of the inner ring layer 20C in the light output unit 4 is the light processing unit 3. It is lower than the refractive index of the inner ring layer 20A in. As a result, the difference in the refractive index between the central core 10 and the inner ring layer 20 also changes along the longitudinal direction.
  • the relative refractive index difference delta CF between the central core 10 in the light processing unit 3 and the inner ring layer 20A is the relative refractive index difference between the central core 10 in the optical input section 2 and the inner ring layer 20B delta C1
  • the difference in the refractive index ⁇ C2 between the central core 10 and the inner ring layer 20C in the light output unit 4 is the ratio between the central core 10 and the inner ring layer 20A in the light processing unit 3. It is larger than the refractive index difference delta CF. Since the optical fiber 1 in the present embodiment has such a configuration, the light input to the central core 10 of the optical input unit 2 can be transmitted to the optical output unit 4 by using the optical fiber 1 in the form described below. It can be guided to the central core 10 and the outer core 30 of the above with a desired power ratio.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of the usage mode of the optical fiber 1.
  • the above-mentioned optical fiber 1 is used by being bent at a portion of the optical processing unit 3.
  • a laser light source such as a fiber laser is connected to the optical input unit 2 of the optical fiber 1, and the laser light from the laser light source is introduced into the central core 10 of the optical input unit 2.
  • the outer peripheral surface of the outer ring layer 40 of the light processing unit 3 may be coated with a resin to protect the light processing unit 3.
  • the relative refractive index difference delta CF between the central core 10 in the light processing unit 3 and the inner ring layer 20A since smaller than the relative refractive index difference delta C1 at the light input portion 2, light In the processing unit 3, the light confinement effect in the central core 10 is weaker than that in the optical input unit 2. Therefore, by bending the optical fiber 1 in the optical processing unit 3, a part L of the laser beam propagating through the central core 10 of the optical input unit 2 is leaked from the central core 10 to the outer core 30 in the optical processing unit 3. Can be done. Then, a part L of the laser beam leaked to the outer core 30 can be guided to the outer core 30 of the light output unit 4.
  • a part of the laser beam propagating through the central core 10 of the optical input unit 2 leaks to the outer core 30 in the optical processing unit 3 and then returns to the central core 10, or propagates through the central core 10 as it is. , Is guided to the central core 10 of the optical output unit 4.
  • the specific refractive index difference ⁇ C2 between the central core 10 and the inner ring layer 20C is larger than the specific refractive index difference ⁇ CF in the light processing unit 3, so that the light output is as described above.
  • the laser beam divided into the central core 10 and the outer core 30 of the portion 4 propagates through the central core 10 and the outer core 30, respectively, without leaking. Therefore, by appropriately adjusting the bending diameter of the optical fiber 1 in the optical processing unit 3, the amount of laser light propagating in the central core 10 and the amount of laser light propagating in the outer core 30 in the optical output unit 4 are desired. Can be adjusted to the ratio of.
  • the base material optical fiber 101 having the same structure as the above-mentioned optical input unit 2 or optical output unit 4 is prepared. That is, the base material optical fiber 101 includes a central core 110, an inner ring layer 120 covering the central core 110, an outer core 130 covering the inner ring layer 120, an outer ring layer 140 covering the outer core 130, and an outer ring. It has a resin layer 150 that covers the layer 140.
  • the central core 110 and the outer core 130 are composed of, for example, SiO 2 , and a dopant having a property of lowering the refractive index (fluorine in this example) is added to each of the inner ring layer 120 and the outer ring layer 140. There is. Therefore, the refractive index profile of the base material optical fiber 101 is the same as that shown in FIGS. 3 and 5.
  • the outer diameter of the central core 110 is 100 ⁇ m
  • the outer diameter of the inner ring layer 120 is 110 ⁇ m
  • the outer diameter of the outer core 130 is 200 ⁇ m
  • the outer diameter of the outer ring layer 140 is 360 ⁇ m.
  • the base optical fiber 101 has a refractive index profile in which the specific refractive index difference ⁇ between the outer core 130 and the outer ring layer 140 is larger than the specific refractive index difference between the central core 110 and the inner ring layer 120. You may use what you have.
  • a part 150A of the resin layer 150 of the base material optical fiber 101 is removed to expose the outer ring layer 140, and as shown in FIG. 7B, the exposed portion 103 is exposed by using, for example, a burner 190 or an arc discharge. Heat from the surroundings to, for example, 1000 ° C. or higher.
  • the burner 190 is moved by 50 mm in the longitudinal direction to heat the exposed portion 103.
  • the fluorine added to the inner ring layer 120 and the outer ring layer 140 diffuses, and as a result, the refractive indexes of the inner ring layer 120 and the outer ring layer 140 increase.
  • the thickness (80 ⁇ m) of the outer ring layer 140 is much larger than the thickness (5 ⁇ m) of the inner ring layer 120
  • fluorine in the outer ring layer 140 also diffuses into the air.
  • the refractive index of the outer ring layer 140 does not increase so much, and the refractive index of the inner ring layer 120 increases more.
  • the refractive index profile changes to that shown in FIG. 4, and the specific refractive index difference between the central core 110 and the inner ring layer 120 is larger than that in the unheated portions 102 and 104. It becomes smaller.
  • the optical fiber 1 as shown in FIG. 1 is completed.
  • the heated portion 103 of the base optical fiber 101 becomes the optical processing portion 3 of the optical fiber 1, and the unheated portions 102 and 104 become the optical input unit 2 and the optical output unit 4, respectively. Since the diffusion distance of a dopant such as fluorine changes depending on the heating temperature and heating time, the degree of increase in the refractive index of the inner ring layer 120 is controlled by appropriately adjusting the heating temperature and heating time in the above heating step. This allows the desired refractive index profile to be obtained in the heated portion 103.
  • a dopant such as fluorine
  • the base material optical fiber 101 is heated at one place along the longitudinal direction, but the base material optical fiber 101 is heated at a plurality of places along the longitudinal direction, and the inner ring layer 120 is heated at a plurality of places. A portion having an increased refractive index may be formed. Further, in the above example, a part 150A of the resin layer 150 is removed and heated at the intermediate portion of the base material optical fiber 101. For example, the resin layer 150 is removed at the end portion of the base material optical fiber 101. The end portion of the base optical fiber 101 may be abutted against another optical fiber, and the abutted portion with the other optical fiber may be heated. In this case, it is possible to realize fusion between the base material optical fiber 101 (optical fiber 1) and another optical fiber at the same time as the increase in the refractive index of the inner ring layer 120 described above.
  • a dopant for example, germanium
  • Ge germanium
  • P phosphorus
  • the dopant added to the central core 110 diffuses into the inner ring layer 120, and as a result, the refractive index of the inner ring layer 120 increases. Therefore, the above-mentioned optical fiber An optical fiber having the same structure as No. 1 can be obtained.
  • the optical fiber 1 is manufactured by using the diffusion of the dopant by heating, but the inside is released by releasing the stress between the central core 110 and the inner ring layer 120 of the base optical fiber 101 by heating.
  • the refractive index of the ring layer 120 may be increased. For example, if a material having a softening temperature lower than that of the inner ring layer 120 (for example, quartz glass to which germanium is added) is used as the central core 110, the inner ring layer 120 bears the spinning tension when the optical fiber is drawn (spun). Compressive stress remains in the central core 110 and the refractive index rises.
  • the refractive index of quartz glass to which germanium is added increases when it is irradiated with ultraviolet rays having a wavelength near 250 nm. Therefore, the refractive index of the inner ring layer 120 may be increased by using glass to which germanium is added as the inner ring layer 120 of the base optical fiber 101 and irradiating the base optical fiber 101 with ultraviolet rays. In this case, when germanium is added to quartz, the refractive index is higher than that of quartz. Therefore, in addition to germanium, it is necessary to add fluorine or boron to the inner ring layer 120 in order to reduce the refractive index. ..
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the optical fiber 201 according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
  • the optical fiber 201 has an optical input unit 202 connected to a laser light source such as a fiber laser and light input from the optical input unit 202, similarly to the optical fiber 1 in the first embodiment.
  • a laser light source such as a fiber laser
  • the optical input unit 202 similarly to the optical fiber 1 in the first embodiment.
  • the optical fiber 201 of the present embodiment includes a central core 210, an inner ring layer 220 covering the central core 210, a first outer core 230 covering the inner ring layer 20, and a first outer core 230.
  • a first outer ring layer 240 covering the outer core 230 of 1 a second outer core 250 covering the first outer ring layer 240, and a second outer ring layer 260 covering the second outer core 250. It has a resin layer 270 that covers the second outer ring layer 260.
  • the central core 210, the first outer core 230, and the second outer core 250 are composed of, for example, SiO 2.
  • Dopants for example, fluorine (F) and boron (B) having a property of lowering the refractive index are added to each of the inner ring layer 220, the first outer ring layer 240, and the second outer ring layer 260.
  • the refractive indexes of the inner ring layer 220, the first outer ring layer 240, and the second outer ring layer 260 are the central core 210, the first outer core 230, and the second outer ring layer 260 as shown in FIG. It is lower than the refractive index of the outer core 250.
  • the refractive index of the inner ring layer 220 adjacent to the radial outer side of the central core 210 is lower than the refractive index of the central core 210, whereby the central core 210 traps and propagates light inside. It is an optical waveguide layer.
  • the refractive index of the inner ring layer 220 adjacent to the radial inner side of the first outer core 230 and the refractive index of the first outer ring layer 240 adjacent to the radial outer side of the first outer core 230 are the first. It is lower than the refractive index of the outer core 230 of 1, so that the first outer core 230 is an optical waveguide layer that traps and propagates light inside.
  • the refractive index of the first outer ring layer 240 adjacent to the radial inner side of the second outer core 250 and the refractive index of the second outer ring layer 260 adjacent to the radial outer side of the second outer core 250 are , Each of which is lower than the refractive index of the second outer core 250, whereby the second outer core 250 is an optical waveguide layer that traps and propagates light inside.
  • P11 and the specific refractive index difference ⁇ P12 between the second outer core 250 and the second outer ring layer 260 are the same.
  • FIG. 11 is a graph showing the refractive index distribution in the radial direction of the light processing unit 203 in the cross section of the line EE of FIG.
  • the refractive index of the inner ring layer 220 is lower than the refractive index of the central core 210, but the central core 210 and the inner ring layer 220 in the optical processing unit 203 the relative refractive index difference delta CF of between is smaller than the relative refractive index difference delta C1 at the light input portion 202.
  • the refractive index of the first outer ring layer 240 is lower than that of the first outer core 230, the first outer core 230 and the first outer ring layer 240 in the light processing unit 203
  • the specific refractive index difference ⁇ PF1 between the two is smaller than the specific refractive index difference ⁇ P11 in the optical input unit 202.
  • the refractive index of the second outer ring layer 260 is lower than that of the second outer core 250, the second outer core 250 and the second outer ring layer 260 in the light processing unit 203
  • the specific refractive index difference ⁇ PF2 between them is the same as or smaller than the specific refractive index difference ⁇ P11 in the optical input unit 202.
  • the ratio larger than the refractive index difference delta PF1 is the relative refractive index difference delta CF
  • the relative refractive index difference delta PF2 is larger than the relative refractive index difference delta PF1
  • core and ring layer toward the radially outward
  • FIG. 12 is a graph showing the refractive index distribution in the radial direction in the optical output unit 204 in the FF line cross section of FIG.
  • the refractive index distribution in the light output unit 204 is the same as the refractive index distribution in the light input unit 202.
  • P21 and the specific refractive index difference ⁇ P22 between the second outer core 250 and the second outer ring layer 260 are the same.
  • the difference in the refractive index between the central core 210 and the inner ring layer 220 changes along the longitudinal direction, and the ratio between the first outer core 230 and the first outer ring layer 240.
  • the difference in refractive index also changes along the longitudinal direction.
  • the relative refractive index difference delta CF between the central core 210 of the optical processing unit 203 and the inner ring layer 220A is the relative refractive index difference between the central core 210 and the inner ring layer 220B at the light input portion 202 delta C1
  • the difference in the refractive index between the central core 210 and the inner ring layer 220C in the optical output unit 204 is smaller than ⁇ C2 , and the first outer core 230 and the first outer ring layer 240A in the optical processing unit 203.
  • the specific refractive index difference ⁇ PF1 between the two is the specific refractive index difference ⁇ P11 between the first outer core 230 and the first outer ring layer 240B in the optical input unit 202 and the first in the optical output unit 204. It is smaller than the specific refractive index difference ⁇ P21 between the outer core 230 and the first outer ring layer 240C.
  • the relative refractive index difference delta CF between the central core 210 and the inner ring layer 220A in the optical processing unit 203 is smaller than the relative refractive index difference delta C1 at the light input portion 202 Therefore, in the optical processing unit 203, the light confinement effect in the central core 210 is weaker than that in the optical input unit 202.
  • the specific refractive index difference ⁇ PF1 between the first outer core 230 and the first outer ring layer 240A in the light processing unit 203 is smaller than the specific refractive index difference ⁇ P11 in the optical input unit 202. Therefore, in the light processing unit 203, the light confinement effect in the first outer core 230 is weaker than that in the light input unit 202.
  • the amount of laser light propagating in the central core 210 in the light output unit 204, the amount of laser light propagating in the first outer core 230, and the amount of laser light propagating in the first outer core 230, and the first The amount of laser light propagating through the outer core 250 of 2 can be adjusted to a desired ratio.
  • the optical processing unit 203 of the present embodiment since the relative refractive index difference delta PF1 is greater than the relative refractive index difference delta CF, when the diameter bending in an optical processing unit 203 is large, the laser beam is first outer core Although it leaks only up to 230, the laser beam leaks from the first outer core 230 to the second outer core 250 by further reducing the bending diameter in the light processing unit 203. In this way, by gradually increasing the difference in the specific refractive index between the core and the ring layer toward the outer side in the radial direction, the bending diameter in the optical processing unit 203 is appropriately adjusted, so that the central core to the outer core It is possible to control which outer core the light is introduced to.
  • Such an optical fiber 201 can be manufactured by the same method as the optical fiber 1 in the first embodiment. That is, a part of the resin layer 270 of the base optical fiber having the structure of the optical input unit 202 or the optical output unit 204 described above is removed to expose the second outer ring layer 260, and the exposed portion is heated. By doing so, the optical fiber 201 can be manufactured by diffusing the fluorine added to the inner ring layer 220, the first outer ring layer 240, and the second outer ring layer 260.
  • the relative refractive index difference between the relative refractive index difference delta CF and the first outer core 230 and the first outer ring layer 240 between the central core 210 and the inner ring layer 220 in the light processing unit 203 delta In order to make it smaller than PF1, it is preferable that the thickness of the inner ring layer 220 in the base optical fiber is smaller than the thickness of the first outer ring layer 240.
  • the specific refractive index difference ⁇ PF1 between the first outer core 230 and the first outer ring layer 240 in the light processing unit 203 is set between the second outer core 250 and the second outer ring layer 260. In order to make it smaller than the specific refractive index difference ⁇ PF2, it is preferable that the thickness of the first outer ring layer 240 in the base optical fiber is smaller than the thickness of the second outer ring layer 260.
  • the optical fiber 201 in the present embodiment includes two layers of outer cores 230 and 250 and two layers of outer ring layers 240 and 260, but the present invention includes three or more outer cores and three or more outer cores. Needless to say, an optical fiber including a ring layer can also be applied.
  • the optical fiber according to the present invention can be applied to a laser processing apparatus as described below.
  • a laser processing apparatus By using the optical fiber according to the present invention in a laser processing apparatus, it is possible to easily and safely change the optical characteristics of the laser beam irradiating the object to be processed according to the material of the object to be processed.
  • FIG. 13 is a schematic view showing the configuration of the laser processing apparatus 501 using the optical fiber according to the present invention.
  • the laser machining apparatus 501 shown in FIG. 13 irradiates the stage 510 holding the machining object W, the laser generator 520, and the laser beam output from the laser generator 520 toward the machining object W on the stage 510. It includes a laser irradiation unit 530, a process monitor 540 that detects the processing state of the object W to be processed, and a control unit 550 that controls the laser generation device 520 by receiving the detection signal of the process monitor 540.
  • the laser generator 520 includes a plurality of laser light sources 521, an optical combiner 522 that combines laser light from these laser light sources 521, a delivery fiber 523 extending from the optical combiner 522, and an optical fiber 524 connected to the delivery fiber 523. And a fiber bending portion 525 for bending the optical fiber 524 with a predetermined bending diameter.
  • Each of the laser light sources 521 generates an output laser beam having a predetermined wavelength (for example, 1100 nm), and can be composed of, for example, a main oscillator output amplifier (MOPA) type fiber laser or a resonator type fiber laser.
  • MOPA main oscillator output amplifier
  • the laser light source 521 and the optical combiner 522 are connected to each other by an optical fiber 526, respectively.
  • a delivery fiber 523 is connected to the downstream side of the optical combiner 522.
  • the delivery fiber 523 and the optical fiber 524 are fusion-bonded to each other at a fusion-bonded connection portion 527.
  • the optical fiber 524 the above-mentioned optical fiber 1 or 201 can be used.
  • an example in which the above-mentioned optical fiber 1 is used as the optical fiber 524 will be described.
  • a part of the optical fiber 524 (optical fiber 1) is housed in the fiber bent portion 525 in a bent state.
  • the fiber bending portion 525 is configured so that the bending diameter of the optical fiber 1 can be adjusted.
  • the fiber bending portion 525 may include a fixing portion 601 and a movable portion 603 that can move on the rail 602.
  • the optical processing portion 3 of the optical fiber 1 is sandwiched between the fixed portion 601 and the movable portion 603 in a bent state, and the movable portion 603 is moved with respect to the fixed portion 601 to obtain the fixed portion 601 and the movable portion 603.
  • the bending diameter of the light processing unit 3 can be adjusted by changing the distance between them.
  • the mechanism for adjusting the bending diameter of the optical fiber 1 is not limited to the one shown in the drawing.
  • the control unit 550 receives the detection signal of the process monitor 540 and controls the laser light source 521 and the fiber bending unit 525 according to the processing state of the processing object W. For example, the control unit 550 adjusts the output of the laser light output from the laser light source 521 by controlling the current supplied to the laser light source 521 according to the processing state of the object W to be processed, or the fiber bending unit 525. By moving the movable portion 603 of the above, the optical characteristics of the laser beam output from the laser irradiation portion 530 can be adjusted. Further, the control unit 550 may control the laser light source 521 and the fiber bending unit 525 according to a predetermined program.
  • the control unit 550 moves the movable portion 603 of the fiber bending portion 525 and is output from the central core 10 of the optical fiber 1. Increase the proportion of laser light.
  • the control unit 550 moves the movable portion 603 of the fiber bending portion 525 in another direction and outputs it from the outer core 30 of the optical fiber 1. The ratio of the laser beam to be generated may be increased.
  • the optical fiber 1 is bent at one place, but the optical fiber 1 may be bent at a plurality of places.
  • the laser light may be excessively leaked to the outer core 30 and light loss may occur. Such light loss can be reduced by gradually leaking the laser light propagating in the central core 10 to the outer core 30 at a plurality of locations.
  • an optical fiber capable of easily outputting light having desired optical characteristics with low loss.
  • This optical fiber includes a central core, an inner ring layer located radially outside the center core, one or more outer cores located radially outside the inner ring layer, and a radius of one or more outer cores. It includes one or more outer ring layers located on the outer side in the direction.
  • the inner ring layer has a refractive index lower than that of the central core.
  • the one or more outer cores have a refractive index higher than that of the inner ring layer.
  • the one or more outer ring layers have a refractive index lower than that of the one or more outer cores.
  • the relative refractive index difference delta CF between the central core and the inner ring layer varies along the longitudinal direction, at least one position along the longitudinal direction, said one or more outer core and said one or more smaller than the relative refractive index difference delta PF between the outer ring layer adjacent to the radially outward of the outer core.
  • the light confinement effect in the central core is weakened at at least one position along the longitudinal direction. Therefore, by bending the optical fiber at this position, the light propagating in the central core is transmitted to the central core. Can be leaked from to the outer core. Therefore, by appropriately adjusting the bending diameter of the optical fiber, the amount of light propagating in the central core and the amount of light propagating in the outer core can be adjusted to a desired ratio, and the desired optical characteristics can be easily obtained. It is possible to output the possessed light with low loss.
  • the thickness of the inner ring layer is preferably thinner than the thickness of said one or more outer ring layer.
  • the one or more outer cores may include a plurality of outer cores, and the one or more outer ring layers may include the same number of outer ring layers as the one or more outer cores.
  • the optical characteristics of the output light can be controlled more finely.
  • the specific refractive index difference ⁇ PFn between the plurality of outer cores and the outer ring layer adjacent to the outer ring layer in the radial direction of the outer core gradually increases toward the outer side in the radial direction. Is preferable. By doing so, as the bending diameter of the optical fiber becomes smaller, the light propagating in the central core tends to leak to the outer side in the radial direction. Therefore, the light output by adjusting the bending diameter of the optical fiber It becomes easy to control the optical characteristics of.
  • the optical fiber may be bent at at least one position. Further, the at least one position may include a plurality of positions along the longitudinal direction.
  • the relative refractive index difference delta CF is smaller than the relative refractive index difference delta C1 between the central core and the inner ring layer on the upstream side of the position of said at least one position in the longitudinal direction is preferred. In this case, light is less likely to leak from the central core on the upstream side of the at least one position.
  • the relative refractive index difference delta CF is smaller than the relative refractive index difference delta C2 between the central core and the inner ring layer on the downstream side of the position of said at least one position in the longitudinal direction is preferred. In this case, on the downstream side of the at least one position, the light divided into the central core and the outer core is less likely to leak to the other core.
  • a laser generator capable of easily outputting a laser beam having desired optical characteristics with low loss.
  • This laser generator includes at least one laser light source that generates laser light, the above-mentioned optical fiber, and a fiber bending portion configured to bend the above-mentioned optical fiber at at least one of the above-mentioned positions.
  • the optical fiber is connected to the downstream side of the laser light source so that the laser light from the at least one laser light source is introduced into the central core.
  • the optical fiber at the fiber bending portion by bending the optical fiber at the fiber bending portion, the laser light from the laser light source propagating in the central core of the optical fiber can be leaked from the central core to the outer core. Therefore, by appropriately adjusting the bending diameter of the optical fiber at the fiber bending portion, the amount of laser light propagating in the central core and the amount of laser light propagating in the outer core can be easily adjusted to a desired ratio. It is possible to output a laser beam having desired optical characteristics with low loss.
  • the fiber bending portion is configured so that the bending diameter of the optical fiber can be adjusted so that the optical characteristics of the output laser light can be adjusted as needed.
  • a laser processing apparatus capable of high quality processing according to the object to be processed.
  • This laser processing apparatus includes the above-mentioned laser generator and a laser irradiation unit that irradiates the laser beam output from the laser generator toward the object to be processed.
  • the laser light having desired optical characteristics according to the object to be processed can be irradiated to the object to be processed, so that the quality of laser processing is improved.
  • the laser machining apparatus described above includes a process monitor that detects the machining state of the object to be machined, and a control unit that adjusts the curvature of the optical fiber at the fiber bending portion of the laser generator according to the output from the process monitor. It is preferable to provide with. According to such a configuration, the optical characteristics of the laser beam applied to the machining object can be adjusted according to the machining state of the machining object, so that the quality of laser machining is further improved.
  • a method capable of easily producing an optical fiber capable of outputting light having desired optical characteristics with low loss comprising the central core, the inner ring layer located on the radial outer side of the central core, one or more outer cores located on the radial outer side of the inner ring layer, and the radial direction of the one or more outer cores.
  • a base optical fiber including one or more outer ring layers located on the outside is prepared.
  • the inner ring layer contains a dopant having a property of lowering the refractive index, and has a refractive index lower than that of the central core.
  • the one or more outer ring layers have a refractive index lower than the refractive index of the outer core adjacent to the inside in the radial direction of the one or more outer ring layers.
  • the one or more outer cores have a refractive index higher than that of the inner ring layer.
  • at least one location along the longitudinal direction of the substrate optical fiber is heated to diffuse the dopant in the inner ring layer, resulting in a specific refractive index between the central core and the inner ring layer.
  • the rate difference ⁇ CF is made smaller than the specific refractive index difference ⁇ PF between the one or more outer cores and the outer ring layer adjacent to the outer ring layer in the radial direction of the one or more outer cores.
  • the dopant may be fluorine.
  • a method capable of easily producing an optical fiber capable of outputting light having desired optical characteristics with low loss comprising a central core containing a dopant having a property of increasing the refractive index, an inner ring layer located radially outside the central core, and an inner ring layer having a refractive index lower than the refractive index of the central core.
  • a base optical fiber including one or more outer cores located radially outside the inner ring layer and one or more outer ring layers located radially outside the one or more outer cores is prepared.
  • the one or more outer ring layers have a refractive index lower than the refractive index of the outer core adjacent to the inside in the radial direction of the one or more outer ring layers.
  • the one or more outer cores have a refractive index higher than that of the inner ring layer.
  • at least one point along the longitudinal direction of the base material optical fiber is heated to diffuse the dopant in the central core, and the specific refractive index between the central core and the inner ring layer.
  • the difference ⁇ CF is made smaller than the specific refractive index difference ⁇ PF between the one or more outer cores and the outer ring layer adjacent to the outer ring layer in the radial direction of the one or more outer cores.
  • the dopant may be germanium.
  • At least one of the above may be an end of the base optical fiber abutted against another optical fiber. In this case, it is possible to simultaneously realize an increase in the refractive index in the inner ring layer and fusion of the base optical fiber and another optical fiber.
  • the difference in the refractive index between the one or more outer cores and the outer ring layer adjacent to the outer side in the radial direction of the one or more outer cores is It may be greater than or equal to the difference in specific refractive index between the central core and the inner ring layer.
  • the light confinement effect in the central core is weakened at at least one position along the longitudinal direction. Therefore, by bending the optical fiber at this position, the light propagating in the central core is centered. It can be leaked from the core to the outer core. Therefore, by appropriately adjusting the bending diameter of the optical fiber, the amount of light propagating in the central core and the amount of light propagating in the outer core can be adjusted to a desired ratio, and the desired optical characteristics can be easily obtained. It is possible to output the possessed light with low loss.
  • the present invention is suitably used for an optical fiber used for adjusting the optical characteristics of a laser beam.

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Abstract

簡単に所望の光学的特性を有する光を低損失で出力すること可能な光ファイバを提供する。光ファイバ１は、中心コア１０と、中心コア１０の半径方向外側に位置する内側リング層２０と、内側リング層２０の半径方向外側に位置する外側コア３０と、外側コア３０の半径方向外側に位置する外側リング層４０とを備える。内側リング層２０は、中心コア１０の屈折率よりも低い屈折率を有する。外側リング層４０は、外側コア３０の屈折率よりも低い屈折率を有する。長手方向に沿った少なくとも１つの位置において、中心コア１０と内側リング層２０との間の比屈折率差ΔCFは、外側コア３０と外側コア３０の半径方向外側に隣接する外側リング層４０との間の比屈折率差ΔPFよりも小さい。

Description

光ファイバ、レーザ生成装置、レーザ加工装置、及び光ファイバの製造方法
　本発明は、光ファイバ、レーザ生成装置、レーザ加工装置、及び光ファイバの製造方法に係り、特にレーザ光の光学的特性を調整するために用いられる光ファイバに関するものである。
　ファイバレーザ装置は、従来のレーザ装置と比較すると集光性が高く、取り回しのよい光ファイバを利用できることから、マーキングや材料加工など様々な分野で急速に普及してきている。例えば、ファイバレーザ装置を用いて金属加工を行う場合には、加工対象物に高パワーのレーザ光を照射して加工対象物を加熱及び溶融し、溶接や切断などの加工が行われる。このようなレーザ加工においては、加工速度や加工品質などの加工性能を向上する上で、照射するレーザ光の光学的特性を加工対象物の材料に応じて変更することが重要である。
　このようにレーザ光の光学的特性を加工対象物の材料に応じて変更するために、光ファイバに複数の光導波層を形成し、それぞれの光導波層から出力されるレーザ光のパワーの比を調整する技術が知られている。例えば、レーザ光を出射する光ファイバと複数の光導波層を有する光ファイバとの間に楔状のガラス部材を抜き差しすることで特定の光導波層にレーザ光を選択的に導入する技術（例えば特許文献１参照）や光ファイバから出射されたレーザ光をレンズによって偏向させて下流側の光ファイバの特定の光導波層に導く技術（例えば特許文献２参照）などが知られている。
　しかしながら、このような従来の手法では、上流側の光ファイバと下流側の光ファイバとの間にガラス部材やレンズを配置しているため、構成が複雑になり易い。また、上流側の光ファイバから一旦レーザ光を出射した後に、ガラス部材やレンズによってレーザ光の光路を変更するものであるため、ガラス部材やレンズの位置や向きのわずかな変化によって、下流側の光ファイバにレーザ光が入射する位置が大きく変化してしまう。このため、レーザ光を下流側の光ファイバの所望の光導波層に正確に導くことが難しい。さらに、下流側の光ファイバの端面や光ファイバに付着した異物へのレーザ光の照射により発熱が生じ、下流側の光ファイバの損傷を引き起こす可能性もある。
特許第６２４４３０８号明細書 国際公開第２０１１／１２４６７１号
　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、簡単に所望の光学的特性を有する光を低損失で出力すること可能な光ファイバを提供することを第１の目的とする。
　また、本発明は、簡単に所望の光学的特性を有するレーザ光を低損失で出力すること可能なレーザ生成装置を提供することを第２の目的とする。
　さらに、本発明は、加工対象物に応じた高品質の加工が可能なレーザ加工装置を提供することを第３の目的とする。
　また、本発明は、所望の光学的特性を有する光を低損失で出力することが可能な光ファイバを容易に製造することができる方法を提供することを第４の目的とする。
　本発明の第１の態様によれば、簡単に所望の光学的特性を有する光を低損失で出力すること可能な光ファイバが提供される。この光ファイバは、中心コアと、上記中心コアの半径方向外側に位置する内側リング層と、上記内側リング層の半径方向外側に位置する１以上の外側コアと、上記１以上の外側コアの半径方向外側に位置する１以上の外側リング層とを備える。上記内側リング層は、上記中心コアの屈折率よりも低い屈折率を有する。上記１以上の外側コアは、上記内側リング層の屈折率よりも高い屈折率を有する。上記１以上の外側リング層は、上記１以上の外側コアの屈折率よりも低い屈折率を有する。上記中心コアと上記内側リング層との間の比屈折率差ΔCFは、長手方向に沿って変化し、該長手方向に沿った少なくとも１つの位置において、上記１以上の外側コアと該１以上の外側コアの半径方向外側に隣接する外側リング層との間の比屈折率差ΔPFよりも小さい。
　本発明の第２の態様によれば、簡単に所望の光学的特性を有するレーザ光を低損失で出力すること可能なレーザ生成装置が提供される。このレーザ生成装置は、レーザ光を生成する少なくとも１つのレーザ光源と、上述した光ファイバと、上記光ファイバを上記少なくとも１つの位置において曲げるように構成されるファイバ曲げ部とを備える。上記光ファイバは、上記少なくとも１つのレーザ光源からの上記レーザ光が上記中心コアに導入されるように上記レーザ光源の下流側に接続される。
　本発明の第３の態様によれば、加工対象物に応じた高品質の加工が可能なレーザ加工装置が提供される。このレーザ加工装置は、上述したレーザ生成装置と、上記レーザ生成装置から出力されるレーザ光を加工対象物に向けて照射するレーザ照射部とを備える。
　本発明の第４の態様によれば、所望の光学的特性を有する光を低損失で出力することが可能な光ファイバを容易に製造することができる方法が提供される。この方法では、中心コアと、上記中心コアの半径方向外側に位置する内側リング層と、上記内側リング層の半径方向外側に位置する１以上の外側コアと、上記１以上の外側コアの半径方向外側に位置する１以上の外側リング層とを含む基材光ファイバを用意する。上記内側リング層は、屈折率を低下させる性質を有するドーパントを含み、上記中心コアの屈折率よりも低い屈折率を有する。上記１以上の外側リング層は、該１以上の外側リング層の半径方向内側に隣接する上記外側コアの屈折率よりも低い屈折率を有する。上記１以上の外側コアは、上記内側リング層の屈折率よりも高い屈折率を有する。この方法では、上記基材光ファイバの長手方向に沿った少なくとも１箇所を加熱して、上記内側リング層中の上記ドーパントを拡散させて、上記中心コアと上記内側リング層との間の比屈折率差ΔCFを、上記１以上の外側コアと該１以上の外側コアの半径方向外側に隣接する外側リング層との間の比屈折率差ΔPFよりも小さくする。上記ドーパントはフッ素であってもよい。
　本発明の第５の態様によれば、所望の光学的特性を有する光を低損失で出力することが可能な光ファイバを容易に製造することができる方法が提供される。この方法では、屈折率を上昇させる性質を有するドーパントを含む中心コアと、上記中心コアの半径方向外側に位置する内側リング層と、上記中心コアの屈折率よりも低い屈折率を有する内側リング層と、上記内側リング層の半径方向外側に位置する１以上の外側コアと、上記１以上の外側コアの半径方向外側に位置する１以上の外側リング層とを含む基材光ファイバを用意する。上記１以上の外側リング層は、該１以上の外側リング層の半径方向内側に隣接する上記外側コアの屈折率よりも低い屈折率を有する。上記１以上の外側コアは、上記内側リング層の屈折率よりも高い屈折率を有する。この方法では、上記基材光ファイバの長手方向に沿った少なくとも１箇所を加熱して、上記中心コア中の上記ドーパントを拡散させて、上記中心コアと上記内側リング層との間の比屈折率差ΔCFを、上記１以上の外側コアと該１以上の外側コアの半径方向外側に隣接する外側リング層との間の比屈折率差ΔPFよりも小さくする。上記ドーパントはゲルマニウムであってもよい。
図１は、本発明の第１の実施形態における光ファイバを模式的に示す断面図である。 図２は、図１のＡ－Ａ線断面である。 図３は、図１のＡ－Ａ線断面における半径方向の屈折率分布を示すグラフである。 図４は、図１のＢ－Ｂ線断面における半径方向の屈折率分布を示すグラフである。 図５は、図１のＣ－Ｃ線断面における半径方向の屈折率分布を示すグラフである。 図６は、図１に示す光ファイバの使用態様の一例を模式的に示す断面図である。 図７Ａは、図１に示す光ファイバの製造工程を示す模式的断面図である。 図７Ｂは、図１に示す光ファイバの製造工程を示す模式的断面図である。 図８は、本発明の第２の実施形態における光ファイバを模式的に示す断面図である。 図９は、図８のＤ－Ｄ線断面である。 図１０は、図８のＤ－Ｄ線断面における半径方向の屈折率分布を示すグラフである。 図１１は、図８のＥ－Ｅ線断面における半径方向の屈折率分布を示すグラフである。 図１２は、図８のＦ－Ｆ線断面における半径方向の屈折率分布を示すグラフである。 図１３は、本発明に係る光ファイバを用いたレーザ加工装置の構成を示す模式図である。
　以下、本発明に係る光ファイバの実施形態について図１から図１３を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１３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１３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、本発明の第１の実施形態における光ファイバ１を模式的に示す断面図、図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。図１に示すように、光ファイバ１は、ファイバレーザなどのレーザ光源に接続される光入力部２と、光入力部２から入力された光を複数の光導波層に分配可能な構造を有する光処理部３と、光処理部３により分配された光を伝搬する光出力部４とを含んでいる。
　図１及び図２に示すように、本実施形態の光ファイバ１は、中心コア１０と、中心コア１０を覆う内側リング層２０と、内側リング層２０を覆う外側コア３０と、外側コア３０を覆う外側リング層４０と、外側リング層４０を被覆する樹脂層５０とを有している。中心コア１０及び外側コア３０は例えばＳｉＯ2から構成される。内側リング層２０及び外側リング層４０のそれぞれには、屈折率を低下させる性質を有するドーパント（例えばフッ素（Ｆ）やホウ素（Ｂ））が添加されている。例えば、中心コア１０の外径は１００μｍ、内側リング層２０の外径は１１０μｍ、外側コア３０の外径は２００μｍ、外側リング層４０の外径は３６０μｍである。
　図３は、図１のＡ－Ａ断面における光入力部２の半径方向の屈折率分布を示すグラフである。上述したように、内側リング層２０と外側リング層４０には、屈折率を低下させる性質を有するドーパントが添加されているため、内側リング層２０及び外側リング層４０の屈折率は、図３に示すように中心コア１０及び外側コア３０の屈折率よりも低くなっている。このように、中心コア１０の半径方向外側に隣接する内側リング層２０の屈折率は中心コア１０の屈折率よりも低くなっており、これにより中心コア１０は、内部に光を閉じ込めて伝搬させる光導波層となっている。また、外側コア３０の半径方向内側に隣接する内側リング層２０の屈折率及び外側コア３０の半径方向外側に隣接する外側リング層４０の屈折率は、それぞれ外側コア３０の屈折率よりも低くなっており、これにより外側コア３０は、内部に光を閉じ込めて伝搬させる光導波層となっている。本実施形態では、上記ドーパントとしてフッ素が用いられており、例えば、中心コア１０と内側リング層２０との間の比屈折率差ΔC1は１．０％であり、外側コア３０と外側リング層４０との間の比屈折率差ΔP1も１．０％である。なお、図３に示す例では、外側コア３０と外側リング層４０との間の比屈折率差ΔP1が、中心コア１０と内側リング層２０との間の比屈折率差ΔC1と同一となっているが、外側コア３０と外側リング層４０との間の比屈折率差ΔP1が中心コア１０と内側リング層２０との間の比屈折率差ΔC1よりも大きくなっていてもよい。
　図１に示すように、光処理部３では樹脂層５０が除去され、外側リング層４０が外部に露出している。図４は、図１のＢ－Ｂ線断面における光処理部３の半径方向の屈折率分布を示すグラフである。図４に示すように、光処理部３においても、内側リング層２０の屈折率が中心コア１０の屈折率よりも低くなっているが、光処理部３における中心コア１０と内側リング層２０との間の比屈折率差ΔCFは、光入力部２における比屈折率差ΔC1よりも小さくなっている。また、外側リング層４０の屈折率は外側コア３０の屈折率よりも低くなっているが、光処理部３における外側コア３０と外側リング層４０との間の比屈折率差ΔPFは、光入力部２における比屈折率差ΔP1と同一又はこれより小さくなっている。例えば、比屈折率差ΔCFは０．６％、比屈折率差ΔPFは１．０％である。
　図５は、図１のＣ－Ｃ線断面における光出力部４における半径方向の屈折率分布を示すグラフである。図５に示すように、光出力部４における屈折率分布は光入力部２における屈折率分布と同一である。例えば、中心コア１０と内側リング層２０との間の比屈折率差ΔC2は１．０％であり、外側コア３０と外側リング層４０との間の比屈折率差ΔP2は１．０％である。なお、図５に示す例では、外側コア３０と外側リング層４０との間の比屈折率差ΔP2が、中心コア１０と内側リング層２０との間の比屈折率差ΔC2と同一となっているが、外側コア３０と外側リング層４０との間の比屈折率差ΔP2が中心コア１０と内側リング層２０との間の比屈折率差ΔC2よりも大きくなっていてもよい。
　このように、内側リング層２０の屈折率は長手方向に沿って変化している。すなわち、光処理部３における内側リング層２０Ａの屈折率は、光入力部２における内側リング層２０Ｂの屈折率よりも高く、光出力部４における内側リング層２０Ｃの屈折率は、光処理部３における内側リング層２０Ａの屈折率よりも低くなっている。これにより、中心コア１０と内側リング層２０との間の比屈折率差も長手方向に沿って変化している。すなわち、光処理部３における中心コア１０と内側リング層２０Ａとの間の比屈折率差ΔCFは、光入力部２における中心コア１０と内側リング層２０Ｂとの間の比屈折率差ΔC1よりも小さくなっており、光出力部４における中心コア１０と内側リング層２０Ｃとの間の比屈折率差ΔC2は、光処理部３における中心コア１０と内側リング層２０Ａとの間の比屈折率差ΔCFよりも大きくなっている。本実施形態における光ファイバ１は、このような構成を有しているため、以下で述べるような形態で使用することで、光入力部２の中心コア１０に入力された光を光出力部４の中心コア１０と外側コア３０とに所望のパワー比で導くことができる。
　図６は、光ファイバ１の使用態様の一例を模式的に示す断面図である。上述した光ファイバ１は、図６に示すように、光処理部３の部分で曲げて用いられる。光ファイバ１の光入力部２には、ファイバレーザなどのレーザ光源が接続され、このレーザ光源からのレーザ光が光入力部２の中心コア１０に導入される。なお、光処理部３の外側リング層４０の外周面に樹脂を塗布して光処理部３を保護してもよい。
　上述したように、光処理部３における中心コア１０と内側リング層２０Ａとの間の比屈折率差ΔCFは、光入力部２における比屈折率差ΔC1よりも小さくなっているため、光処理部３においては中心コア１０における光の閉じ込め効果が光入力部２に比べて弱くなる。したがって、光処理部３で光ファイバ１を曲げることにより、光入力部２の中心コア１０を伝搬してきたレーザ光の一部Ｌを光処理部３において中心コア１０から外側コア３０に漏洩させることができる。そして、この外側コア３０に漏洩したレーザ光の一部Ｌを光出力部４の外側コア３０に導くことができる。また、光入力部２の中心コア１０を伝搬してきたレーザ光の一部は、光処理部３において外側コア３０に漏洩した後に中心コア１０に戻るか、あるいは、中心コア１０をそのまま伝搬して、光出力部４の中心コア１０に導かれる。
　光出力部４では、中心コア１０と内側リング層２０Ｃとの間の比屈折率差ΔC2が、光処理部３における比屈折率差ΔCFよりも大きくなるため、上述のようにして光出力部４の中心コア１０と外側コア３０に分けられたレーザ光は、その後漏洩することなく、それぞれ中心コア１０と外側コア３０を伝搬していく。したがって、光処理部３における光ファイバ１の曲げ径を適切に調整することにより、光出力部４における中心コア１０を伝搬するレーザ光の光量と外側コア３０を伝搬するレーザ光の光量とを所望の割合に調整することができる。
　次に、このような光ファイバ１の製造方法について説明する。光ファイバ１を製造する際には、まず、図７Ａに示すように、上述した光入力部２又は光出力部４と同一の構造を有する基材光ファイバ１０１を用意する。すなわち、この基材光ファイバ１０１は、中心コア１１０と、中心コア１１０を覆う内側リング層１２０と、内側リング層１２０を覆う外側コア１３０と、外側コア１３０を覆う外側リング層１４０と、外側リング層１４０を被覆する樹脂層１５０とを有している。中心コア１１０及び外側コア１３０は例えばＳｉＯ2から構成されており、内側リング層１２０及び外側リング層１４０のそれぞれには、屈折率を低下させる性質を有するドーパント（この例ではフッ素）が添加されている。このため、この基材光ファイバ１０１の屈折率プロファイルは図３や図５に示されるものと同一となっている。例えば、中心コア１１０の外径は１００μｍ、内側リング層１２０の外径は１１０μｍ、外側コア１３０の外径は２００μｍ、外側リング層１４０の外径は３６０μｍである。なお、基材光ファイバ１０１として、外側コア１３０と外側リング層１４０との間の比屈折率差Δが中心コア１１０と内側リング層１２０との間の比屈折率差よりも大きい屈折率プロファイルを有するものを用いてもよい。
　そして、この基材光ファイバ１０１の樹脂層１５０の一部１５０Ａを除去して外側リング層１４０を露出させ、図７Ｂに示すように、この露出した部分１０３を例えばバーナー１９０やアーク放電を用いて周囲から例えば１０００℃以上に加熱する。例えば、バーナー１９０を長手方向に５０ｍｍ移動させて露出した部分１０３を加熱する。この加熱により、内側リング層１２０及び外側リング層１４０に添加されたフッ素が拡散する結果、内側リング層１２０及び外側リング層１４０の屈折率が上昇する。ここで、外側リング層１４０の厚さ（８０μｍ）が内側リング層１２０の厚さ（５μｍ）に比べて非常に大きいことに加え、外側リング層１４０中のフッ素は空気中にも拡散するため、外側リング層１４０の屈折率はあまり上昇せず、内側リング層１２０の屈折率の方がより大きく上昇する。この結果、加熱部分１０３では、屈折率プロファイルが図４に示されるものに変化し、加熱されていない部分１０２，１０４に比べて中心コア１１０と内側リング層１２０との間の比屈折率差が小さくなる。これにより、図１に示すような光ファイバ１が完成する。このとき、基材光ファイバ１０１の加熱部分１０３が光ファイバ１の光処理部３となり、加熱されていない部分１０２，１０４がそれぞれ光入力部２及び光出力部４となる。なお、フッ素などのドーパントの拡散距離は加熱温度や加熱時間によって変わるため、上記の加熱工程における加熱温度や加熱時間を適宜調整することにより、内側リング層１２０の屈折率の上昇の程度を制御することができ、加熱部分１０３において所望の屈折率プロファイルを得ることができる。
　上述の例では、長手方向に沿った１箇所で基材光ファイバ１０１を加熱しているが、長手方向に沿った複数箇所で基材光ファイバ１０１を加熱し、複数の箇所で内側リング層１２０の屈折率を上昇させた部分を形成してもよい。また、上記例では、基材光ファイバ１０１の中間部で樹脂層１５０の一部１５０Ａを除去して加熱しているが、例えば、基材光ファイバ１０１の端部で樹脂層１５０を除去し、基材光ファイバ１０１の端部を他の光ファイバに突き合わせ、この他の光ファイバとの突き合わせ部分を加熱してもよい。この場合には、上述した内側リング層１２０における屈折率の上昇と同時に、基材光ファイバ１０１（光ファイバ１）と他の光ファイバとの融着を実現することができる。
　また、基材光ファイバ１０１の内側リング層１２０に屈折率を低下させる性質を有するドーパントを添加するのに代えて、基材光ファイバ１０１の中心コア１１０に屈折率を上昇させるドーパント（例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）やリン（Ｐ））を添加してもよい。この場合にも、基材光ファイバ１０１を加熱することで、中心コア１１０に添加されたドーパントが内側リング層１２０に拡散する結果、内側リング層１２０の屈折率が上昇するため、上述した光ファイバ１と同様の構造の光ファイバが得られる。
　上述の例では、加熱によるドーパントの拡散を用いて光ファイバ１を製造しているが、加熱によって基材光ファイバ１０１の中心コア１１０と内側リング層１２０との間の応力を解放することによって内側リング層１２０の屈折率を上昇させてもよい。例えば、中心コア１１０として内側リング層１２０よりも軟化温度が低い材料（例えばゲルマニウムを添加した石英ガラス）を用いると、光ファイバの線引き（紡糸）時に内側リング層１２０が紡糸張力を負担するため、中心コア１１０には圧縮応力が残留して屈折率が上昇する。このような基材光ファイバ１０１を加熱すると、上記残留応力が解放され、中心コア１１０と内側リング層１２０との間の比屈折率差が小さくなるため、上述した光ファイバ１と同様の構造の光ファイバを得ることができる。
　また、ゲルマニウムを添加した石英ガラスは、２５０ｎｍ近傍の波長の紫外線を照射すると屈折率が上昇することが知られている。したがって、基材光ファイバ１０１の内側リング層１２０としてゲルマニウムを添加したガラスを用い、基材光ファイバ１０１に紫外線を照射することで内側リング層１２０の屈折率を上昇させてもよい。なお、この場合には、石英にゲルマニウムを添加すると屈折率が石英よりも上昇するため、内側リング層１２０にはゲルマニウムに加えて、屈折率を低下させるためにフッ素やホウ素を添加する必要がある。
　図８は、本発明の第２の実施形態における光ファイバ２０１を模式的に示す断面図、図９は、図８のＤ－Ｄ線断面である。図８に示すように、光ファイバ２０１は、第１の実施形態における光ファイバ１と同様に、ファイバレーザなどのレーザ光源に接続される光入力部２０２と、光入力部２０２から入力された光を複数の光導波層のうち所望の光導波層に分配可能な構造を有する光処理部２０３と、光処理部２０３により分配された光を伝搬する光出力部２０４とを含んでいる。図８及び図９に示すように、本実施形態の光ファイバ２０１は、中心コア２１０と、中心コア２１０を覆う内側リング層２２０と、内側リング層２０を覆う第１の外側コア２３０と、第１の外側コア２３０を覆う第１の外側リング層２４０と、第１の外側リング層２４０を覆う第２の外側コア２５０と、第２の外側コア２５０を覆う第２の外側リング層２６０と、第２の外側リング層２６０を被覆する樹脂層２７０とを有している。
　中心コア２１０、第１の外側コア２３０、及び第２の外側コア２５０は例えばＳｉＯ2から構成される。内側リング層２２０、第１の外側リング層２４０、及び第２の外側リング層２６０のそれぞれには、屈折率を低下させる性質を有するドーパント（例えばフッ素（Ｆ）やホウ素（Ｂ））が添加されており、内側リング層２２０、第１の外側リング層２４０、及び第２の外側リング層２６０の屈折率は、図１０に示すように中心コア２１０、第１の外側コア２３０、及び第２の外側コア２５０の屈折率よりも低くなっている。このように、中心コア２１０の半径方向外側に隣接する内側リング層２２０の屈折率は中心コア２１０の屈折率よりも低くなっており、これにより中心コア２１０は、内部に光を閉じ込めて伝搬させる光導波層となっている。また、第１の外側コア２３０の半径方向内側に隣接する内側リング層２２０の屈折率及び第１の外側コア２３０の半径方向外側に隣接する第１の外側リング層２４０の屈折率は、それぞれ第１の外側コア２３０の屈折率よりも低くなっており、これにより第１の外側コア２３０は、内部に光を閉じ込めて伝搬させる光導波層となっている。さらに、第２の外側コア２５０の半径方向内側に隣接する第１の外側リング層２４０の屈折率及び第２の外側コア２５０の半径方向外側に隣接する第２の外側リング層２６０の屈折率は、それぞれ第２の外側コア２５０の屈折率よりも低くなっており、これにより第２の外側コア２５０は、内部に光を閉じ込めて伝搬させる光導波層となっている。図１０に示す例では、中心コア２１０と内側リング層２２０との間の比屈折率差ΔC1と、第１の外側コア２３０と第１の外側リング層２４０との間の比屈折率差ΔP11と、第２の外側コア２５０と第２の外側リング層２６０との間の比屈折率差ΔP12とが同一となっている。
　図８に示すように、光処理部２０３では樹脂層２７０が除去され、第２の外側リング層２６０が外部に露出している。図１１は、図８のＥ－Ｅ線断面における光処理部２０３の半径方向の屈折率分布を示すグラフである。図１１に示すように、光処理部２０３においても、内側リング層２２０の屈折率が中心コア２１０の屈折率よりも低くなっているが、光処理部２０３における中心コア２１０と内側リング層２２０との間の比屈折率差ΔCFは、光入力部２０２における比屈折率差ΔC1よりも小さくなっている。また、第１の外側リング層２４０の屈折率は第１の外側コア２３０の屈折率よりも低くなっているが、光処理部２０３における第１の外側コア２３０と第１の外側リング層２４０との間の比屈折率差ΔPF1は、光入力部２０２における比屈折率差ΔP11よりも小さくなっている。さらに、第２の外側リング層２６０の屈折率は第２の外側コア２５０の屈折率よりも低くなっているが、光処理部２０３における第２の外側コア２５０と第２の外側リング層２６０との間の比屈折率差ΔPF2は、光入力部２０２における比屈折率差ΔP11と同一又はこれより小さくなっている。ここで、比屈折率差ΔPF1は比屈折率差ΔCFよりも大きく、比屈折率差ΔPF2は比屈折率差ΔPF1よりも大きくなっており、半径方向外側に向かうにつれてコアとリング層との間の比屈折率差が次第に大きくなっている。
　図１２は、図８のＦ－Ｆ線断面における光出力部２０４における半径方向の屈折率分布を示すグラフである。図１２に示すように、光出力部２０４における屈折率分布は光入力部２０２における屈折率分布と同一である。図１２に示す例では、中心コア２１０と内側リング層２２０との間の比屈折率差ΔC2と、第１の外側コア２３０と第１の外側リング層２４０との間の比屈折率差ΔP21と、第２の外側コア２５０と第２の外側リング層２６０との間の比屈折率差ΔP22とが同一となっている。
　本実施形態では、中心コア２１０と内側リング層２２０との間の比屈折率差が長手方向に沿って変化するとともに、第１の外側コア２３０と第１の外側リング層２４０との間の比屈折率差も長手方向に沿って変化している。すなわち、光処理部２０３における中心コア２１０と内側リング層２２０Ａとの間の比屈折率差ΔCFは、光入力部２０２における中心コア２１０と内側リング層２２０Ｂとの間の比屈折率差ΔC1及び光出力部２０４における中心コア２１０と内側リング層２２０Ｃとの間の比屈折率差ΔC2よりも小さくなっており、光処理部２０３における第１の外側コア２３０と第１の外側リング層２４０Ａとの間の比屈折率差ΔPF1は、光入力部２０２における第１の外側コア２３０と第１の外側リング層２４０Ｂとの間の比屈折率差ΔP11及び光出力部２０４における第１の外側コア２３０と第１の外側リング層２４０Ｃとの間の比屈折率差ΔP21よりも小さくなっている。
　このような光ファイバ２０１においては、光処理部２０３における中心コア２１０と内側リング層２２０Ａとの間の比屈折率差ΔCFが、光入力部２０２における比屈折率差ΔC1よりも小さくなっているため、光処理部２０３においては中心コア２１０における光の閉じ込め効果が光入力部２０２に比べて弱くなる。また、光処理部２０３における第１の外側コア２３０と第１の外側リング層２４０Ａとの間の比屈折率差ΔPF1が、光入力部２０２における比屈折率差ΔP11よりも小さくなっているため、光処理部２０３においては第１の外側コア２３０における光の閉じ込め効果が光入力部２０２に比べて弱くなる。
　したがって、このような光ファイバ２０１を光処理部２０３で曲げて使うことで、光入力部２０２の中心コア１０を伝搬してきたレーザ光の一部を光処理部２０３において中心コア２１０から第１の外側コア２３０に漏洩させ、第１の外側コア２３０に漏洩したレーザ光の一部をさらに第２の外側コア２５０に漏洩させることができる。これにより、光処理部２０３における曲げ径を適切に調整することで、光出力部２０４における中心コア２１０を伝搬するレーザ光の光量、第１の外側コア２３０を伝搬するレーザ光の光量、及び第２の外側コア２５０を伝搬するレーザ光の光量を所望の割合に調整することができる。
　ここで、本実施形態の光処理部２０３では、比屈折率差ΔPF1が比屈折率差ΔCFよりも大きいため、光処理部２０３における曲げ径が大きいときには、レーザ光は第１の外側コア２３０までしか漏洩しないが、光処理部２０３における曲げ径をさらに小さくすることで、レーザ光が第１の外側コア２３０から第２の外側コア２５０に漏洩することとなる。このように、半径方向外側に向かうにつれてコアとリング層との間の比屈折率差を次第に大きくすることで、光処理部２０３における曲げ径を適切に調整することにより、中心コアから外側コアのうちいずれの外側コアまで光を導入するかを制御することができる。
　このような光ファイバ２０１は、第１の実施形態における光ファイバ１と同様の方法により製造することができる。すなわち、上述した光入力部２０２又は光出力部２０４の構造を有する基材光ファイバの樹脂層２７０の一部を除去して第２の外側リング層２６０を露出させ、この露出させた部分を加熱することで、内側リング層２２０、第１の外側リング層２４０、及び第２の外側リング層２６０に添加されたフッ素を拡散させることにより光ファイバ２０１を製造することができる。ここで、光処理部２０３における中心コア２１０と内側リング層２２０との間の比屈折率差ΔCFを第１の外側コア２３０と第１の外側リング層２４０との間の比屈折率差ΔPF1よりも小さくするためには、基材光ファイバにおける内側リング層２２０の厚さを第１の外側リング層２４０の厚さより薄くすることが好ましい。また、光処理部２０３における第１の外側コア２３０と第１の外側リング層２４０との間の比屈折率差ΔPF1を第２の外側コア２５０と第２の外側リング層２６０との間の比屈折率差ΔPF2よりも小さくするためには、基材光ファイバにおける第１の外側リング層２４０の厚さを第２の外側リング層２６０の厚さより薄くすることが好ましい。
　本実施形態における光ファイバ２０１は、２層の外側コア２３０，２５０と２層の外側リング層２４０，２６０とを含んでいるが、本発明は、３層以上の外側コアと３層以上の外側リング層とを含む光ファイバも適用できることは言うまでもない。
　本発明に係る光ファイバは、以下に述べるようにレーザ加工装置に応用することが可能である。本発明に係る光ファイバをレーザ加工装置に用いることによって、加工対象物に照射するレーザ光の光学的特性を加工対象物の材料に応じて簡単かつ安全に変更することができる。
　図１３は、本発明に係る光ファイバを用いたレーザ加工装置５０１の構成を示す模式図である。図１３に示すレーザ加工装置５０１は、加工対象物Ｗを保持するステージ５１０と、レーザ生成装置５２０と、レーザ生成装置５２０から出力されるレーザ光をステージ５１０上の加工対象物Ｗに向けて照射するレーザ照射部５３０と、加工対象物Ｗの加工状態を検出するプロセスモニタ５４０と、プロセスモニタ５４０の検出信号を受けてレーザ生成装置５２０を制御する制御部５５０とを備えている。
　レーザ生成装置５２０は、複数のレーザ光源５２１と、これらのレーザ光源５２１からのレーザ光を結合する光コンバイナ５２２と、光コンバイナ５２２から延びるデリバリファイバ５２３と、デリバリファイバ５２３に接続される光ファイバ５２４と、光ファイバ５２４を所定の曲げ径で曲げるためのファイバ曲げ部５２５とを含んでいる。レーザ光源５２１は、それぞれ所定の波長（例えば１１００ｎｍ）の出力レーザ光を生成するものであり、例えば主発振器出力増幅器（ＭＯＰＡ）型のファイバレーザや共振器型のファイバレーザにより構成することができる。
　レーザ光源５２１と光コンバイナ５２２とはそれぞれ光ファイバ５２６によって互いに接続されている。光コンバイナ５２２の下流側にはデリバリファイバ５２３が接続されている。デリバリファイバ５２３と光ファイバ５２４とは融着接続部５２７で互いに融着接続されている。この光ファイバ５２４として上述した光ファイバ１又は２０１を用いることができる。以下では、光ファイバ５２４として上述した光ファイバ１を用いた例を説明する。
　ファイバ曲げ部５２５には、光ファイバ５２４（光ファイバ１）の一部が曲げられた状態で収容されている。このファイバ曲げ部５２５は、光ファイバ１の曲げ径を調整できるように構成されている。例えば、ファイバ曲げ部５２５は、固定部６０１と、レール６０２上を移動可能な可動部６０３とを備えていてもよい。固定部６０１と可動部６０３との間に光ファイバ１の光処理部３を曲げた状態で挟み込み、固定部６０１に対して可動部６０３を移動させることにより、固定部６０１と可動部６０３との間の距離を変えて光処理部３の曲げ径を調整することができる。なお、このような光ファイバ１の曲げ径を調整する機構は図示のものに限定されるものではない。
　制御部５５０は、プロセスモニタ５４０の検出信号を受けて、加工対象物Ｗの加工状態に応じてレーザ光源５２１及びファイバ曲げ部５２５を制御する。例えば、制御部５５０は、加工対象物Ｗの加工状態に応じて、レーザ光源５２１に供給する電流を制御することによりレーザ光源５２１から出力されるレーザ光の出力を調整したり、ファイバ曲げ部５２５の可動部６０３を移動することによりレーザ照射部５３０から出力されるレーザ光の光学的特性を調整したりすることができる。また、制御部５５０は、所定のプログラムに従ってレーザ光源５２１及びファイバ曲げ部５２５を制御してもよい。
　例えば、加工対象物Ｗの加工部が薄く、これを高速に切断する場合には、制御部５５０は、ファイバ曲げ部５２５の可動部６０３を移動して光ファイバ１の中心コア１０から出力されるレーザ光の割合を上げる。一方、加工対象物Ｗの加工部が厚く、これを切断する場合には、制御部５５０が、ファイバ曲げ部５２５の可動部６０３を別の方向に移動して光ファイバ１の外側コア３０から出力されるレーザ光の割合を上げてもよい。
　上述の例では、光ファイバ１を１箇所で曲げているが、光ファイバ１を複数箇所で曲げてもよい。高パワーのレーザ光の場合、中心コア１０を伝搬するレーザ光を１箇所で外側コア３０に漏洩させると、外側コア３０にレーザ光が過度に漏洩して光損失が生じることが考えられるが、中心コア１０を伝搬するレーザ光を複数箇所で徐々に外側コア３０に漏洩させることでそのような光損失を低減することができる。
　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、簡単に所望の光学的特性を有する光を低損失で出力すること可能な光ファイバが提供される。この光ファイバは、中心コアと、上記中心コアの半径方向外側に位置する内側リング層と、上記内側リング層の半径方向外側に位置する１以上の外側コアと、上記１以上の外側コアの半径方向外側に位置する１以上の外側リング層とを備える。上記内側リング層は、上記中心コアの屈折率よりも低い屈折率を有する。上記１以上の外側コアは、上記内側リング層の屈折率よりも高い屈折率を有する。上記１以上の外側リング層は、上記１以上の外側コアの屈折率よりも低い屈折率を有する。上記中心コアと上記内側リング層との間の比屈折率差ΔCFは、長手方向に沿って変化し、該長手方向に沿った少なくとも１つの位置において、上記１以上の外側コアと該１以上の外側コアの半径方向外側に隣接する外側リング層との間の比屈折率差ΔPFよりも小さい。
　このような構成によれば、長手方向に沿った少なくとも１つの位置において、中心コアにおける光の閉じ込め効果が弱くなるため、この位置で光ファイバを曲げることで、中心コアを伝搬する光を中心コアから外側コアに漏洩させることができる。したがって、光ファイバの曲げ径を適切に調整することで、中心コアを伝搬する光の光量と外側コアを伝搬する光の光量とを所望の割合に調整して、簡単に所望の光学的特性を有する光を低損失で出力することが可能となる。
　より効果的に比屈折率差ΔCFを比屈折率差ΔPFよりも小さくするために、上記内側リング層の厚さが、上記１以上の外側リング層の厚さよりも薄いことが好ましい。
　上記１以上の外側コアは、複数の外側コアを含み、上記１以上の外側リング層は、上記１以上の外側コアと同数の複数の外側リング層を含んでいてもよい。この場合には、中心コアを伝搬する光を中心コアと複数の外側コアに分けて伝搬させることできるので、出力される光の光学的特性をより細かく制御することが可能となる。
　この場合において、上記少なくとも１つの位置において、上記複数の外側コアと該外側コアの半径方向外側に隣接する外側リング層との間の比屈折率差ΔPFnは、半径方向外側に向かうにつれ次第に大きくなることが好ましい。このようにすることで、光ファイバの曲げ径が小さくなるに従って、中心コアを伝搬する光が半径方向のより外側に漏洩し易くなるため、光ファイバの曲げ径を調整することにより出力される光の光学的特性を制御し易くなる。
　上述したように、上記光ファイバを上記少なくとも１つの位置において曲げてもよい。また、上記少なくとも１つの位置は、上記長手方向に沿った複数の位置を含んでいてもよい。
　上記比屈折率差ΔCFは、上記長手方向における上記少なくとも１つの位置の上流側の位置における上記中心コアと上記内側リング層との間の比屈折率差ΔC1よりも小さいことが好ましい。この場合には、上記少なくとも１つの位置の上流側では、中心コアから光が漏洩しにくくなる。
　上記比屈折率差ΔCFは、上記長手方向における上記少なくとも１つの位置の下流側の位置における上記中心コアと上記内側リング層との間の比屈折率差ΔC2よりも小さいことが好ましい。この場合には、上記少なくとも１つの位置の下流側では、中心コアと外側コアに分けられた光が他方のコアに漏洩しにくくなる。
　本発明の第２の態様によれば、簡単に所望の光学的特性を有するレーザ光を低損失で出力すること可能なレーザ生成装置が提供される。このレーザ生成装置は、レーザ光を生成する少なくとも１つのレーザ光源と、上述した光ファイバと、上記光ファイバを上記少なくとも１つの位置において曲げられるように構成されるファイバ曲げ部とを備える。上記光ファイバは、上記少なくとも１つのレーザ光源からの上記レーザ光が上記中心コアに導入されるように上記レーザ光源の下流側に接続される。
　このような構成によれば、ファイバ曲げ部において光ファイバを曲げることで、光ファイバの中心コアを伝搬するレーザ光源からのレーザ光を中心コアから外側コアに漏洩させることができる。したがって、ファイバ曲げ部において光ファイバの曲げ径を適切に調整することで、中心コアを伝搬するレーザ光の光量と外側コアを伝搬するレーザ光の光量とを所望の割合に調整して、簡単に所望の光学的特性を有するレーザ光を低損失で出力することが可能となる。
　出力するレーザ光の光学的特性を必要に応じて調整できるように、上記ファイバ曲げ部は、上記光ファイバの曲げ径を調整可能に構成されることが好ましい。
　本発明の第３の態様によれば、加工対象物に応じた高品質の加工が可能なレーザ加工装置が提供される。このレーザ加工装置は、上述したレーザ生成装置と、上記レーザ生成装置から出力されるレーザ光を加工対象物に向けて照射するレーザ照射部とを備える。
　このような構成によれば、加工対象物に応じた所望の光学的特性を有するレーザ光を加工対象物に照射することができるので、レーザ加工の品質が向上する。
　上述したレーザ加工装置は、上記加工対象物の加工状態を検出するプロセスモニタと、上記プロセスモニタからの出力に応じて上記レーザ生成装置の上記ファイバ曲げ部における上記光ファイバの曲率を調整する制御部とを備えることが好ましい。このような構成によれば、加工対象物の加工状態に応じて加工対象物に照射されるレーザ光の光学的特性を調整することができるため、レーザ加工の品質がさらに向上する。
　本発明の第４の態様によれば、所望の光学的特性を有する光を低損失で出力することが可能な光ファイバを容易に製造することができる方法が提供される。この方法では、中心コアと、上記中心コアの半径方向外側に位置する内側リング層と、上記内側リング層の半径方向外側に位置する１以上の外側コアと、上記１以上の外側コアの半径方向外側に位置する１以上の外側リング層とを含む基材光ファイバを用意する。上記内側リング層は、屈折率を低下させる性質を有するドーパントを含み、上記中心コアの屈折率よりも低い屈折率を有する。上記１以上の外側リング層は、該１以上の外側リング層の半径方向内側に隣接する上記外側コアの屈折率よりも低い屈折率を有する。上記１以上の外側コアは、上記内側リング層の屈折率よりも高い屈折率を有する。この方法では、上記基材光ファイバの長手方向に沿った少なくとも１箇所を加熱して、上記内側リング層中の上記ドーパントを拡散させて、上記中心コアと上記内側リング層との間の比屈折率差ΔCFを、上記１以上の外側コアと該１以上の外側コアの半径方向外側に隣接する外側リング層との間の比屈折率差ΔPFよりも小さくする。上記ドーパントはフッ素であってもよい。
　本発明の第５の態様によれば、所望の光学的特性を有する光を低損失で出力することが可能な光ファイバを容易に製造することができる方法が提供される。この方法では、屈折率を上昇させる性質を有するドーパントを含む中心コアと、上記中心コアの半径方向外側に位置する内側リング層と、上記中心コアの屈折率よりも低い屈折率を有する内側リング層と、上記内側リング層の半径方向外側に位置する１以上の外側コアと、上記１以上の外側コアの半径方向外側に位置する１以上の外側リング層とを含む基材光ファイバを用意する。上記１以上の外側リング層は、該１以上の外側リング層の半径方向内側に隣接する上記外側コアの屈折率よりも低い屈折率を有する。上記１以上の外側コアは、上記内側リング層の屈折率よりも高い屈折率を有する。この方法では、上記基材光ファイバの長手方向に沿った少なくとも１箇所を加熱して、上記中心コア中の上記ドーパントを拡散させて、上記中心コアと上記内側リング層との間の比屈折率差ΔCFを、上記１以上の外側コアと該１以上の外側コアの半径方向外側に隣接する外側リング層との間の比屈折率差ΔPFよりも小さくする。上記ドーパントはゲルマニウムであってもよい。
　これらの方法によれば、上述した所望の光学的特性を有する光を低損失で出力することが可能な光ファイバを容易に製造することができる。
　上記少なくとも１箇所は、他の光ファイバに突き合わせた上記基材光ファイバの端部であってもよい。この場合には、内側リング層における屈折率の上昇と、基材光ファイバと他の光ファイバとの融着とを同時に実現することができる。
　上記少なくとも１箇所の加熱を加熱する前の上記基材ファイバにおいて、上記１以上の外側コアと該１以上の外側コアの半径方向外側に隣接する外側リング層との間の比屈折率差は、上記中心コアと上記内側リング層との間の比屈折率差以上であってもよい。
　本発明の一態様によれば、長手方向に沿った少なくとも１つの位置において、中心コアにおける光の閉じ込め効果が弱くなるため、この位置で光ファイバを曲げることで、中心コアを伝搬する光を中心コアから外側コアに漏洩させることができる。したがって、光ファイバの曲げ径を適切に調整することで、中心コアを伝搬する光の光量と外側コアを伝搬する光の光量とを所望の割合に調整して、簡単に所望の光学的特性を有する光を低損失で出力することが可能となる。
　本出願は、２０１９年９月６日に提出された日本国特許出願特願２０１９－１６３３７５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、レーザ光の光学的特性を調整するために用いられる光ファイバに好適に用いられる。
　　１　　　光ファイバ
　　２　　　光入力部
　　３　　　光処理部
　　４　　　光出力部
　１０　　　中心コア
　２０　　　内側リング層
　３０　　　外側コア
　４０　　　外側リング層
　５０　　　樹脂層
１０１　　　基材光ファイバ
１０３　　　加熱部分
１１０　　　中心コア
１２０　　　内側リング層
１３０　　　外側コア
１４０　　　外側リング層
１５０　　　樹脂層
１９０　　　バーナー
２０１　　　光ファイバ
２０２　　　光入力部
２０３　　　光処理部
２０４　　　光出力部
２１０　　　中心コア
２２０　　　内側リング層
２３０　　　第１の外側コア
２４０　　　第１の外側リング層
２５０　　　第２の外側コア
２６０　　　第２の外側リング層
２７０　　　樹脂層
５０１　　　レーザ加工装置
５１０　　　ステージ
５２０　　　レーザ生成装置
５２１　　　レーザ光源
５２２　　　光コンバイナ
５２３　　　デリバリファイバ
５２４　　　光ファイバ
５２５　　　ファイバ曲げ部
５３０　　　レーザ照射部
５４０　　　プロセスモニタ
５５０　　　制御部
６０１　　　固定部
６０２　　　レール
６０３　　　可動部
　　Ｗ　　　加工対象物

Claims (15)

  1. 　中心コアと、
    　前記中心コアの半径方向外側に位置する内側リング層であって、前記中心コアの屈折率よりも低い屈折率を有する内側リング層と、
    　前記内側リング層の半径方向外側に位置する１以上の外側コアであって、前記内側リング層の屈折率よりも高い屈折率を有する１以上の外側コアと、
    　前記１以上の外側コアの半径方向外側に位置する１以上の外側リング層であって、前記１以上の外側コアの屈折率よりも低い屈折率を有する１以上の外側リング層と
    を備え、
    　前記中心コアと前記内側リング層との間の比屈折率差ΔCFは、長手方向に沿って変化し、該長手方向に沿った少なくとも１つの位置において、前記１以上の外側コアと該１以上の外側コアの半径方向外側に隣接する外側リング層との間の比屈折率差ΔPFよりも小さくなっている、
    光ファイバ。
  2. 　前記内側リング層の厚さは、前記１以上の外側リング層の厚さよりも薄い、請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 　前記１以上の外側コアは、複数の外側コアを含み、
    　前記１以上の外側リング層は、前記１以上の外側コアと同数の複数の外側リング層を含む、請求項１又は２に記載の光ファイバ。
  4. 　前記少なくとも１つの位置において、前記複数の外側コアと該外側コアの半径方向外側に隣接する外側リング層との間の比屈折率差ΔPFnは、半径方向外側に向かうにつれ次第に大きくなる、請求項３に記載の光ファイバ。
  5. 　前記少なくとも１つの位置において曲げられる、請求項１から４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  6. 　前記比屈折率差ΔCFは、前記長手方向における前記少なくとも１つの位置の上流側の位置における前記中心コアと前記内側リング層との間の比屈折率差ΔC1よりも小さい、請求項１から５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  7. 　前記比屈折率差ΔCFは、前記長手方向における前記少なくとも１つの位置の下流側の位置における前記中心コアと前記内側リング層との間の比屈折率差ΔC2よりも小さい、請求項１から６のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  8. 　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１から７のいずれか一項に記載された光ファイバであって、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中心コアに導入されるように前記少なくとも１つのレーザ光源の下流側に接続される光ファイバと、
    　前記光ファイバを前記少なくとも１つの位置において曲げられるように構成されるファイバ曲げ部と
    を備える、
    レーザ生成装置。
  9. 　請求項８に記載のレーザ生成装置と、
    　前記レーザ生成装置から出力されるレーザ光を加工対象物に向けて照射するレーザ照射部と、
    　前記加工対象物の加工状態を検出するプロセスモニタと、
    　前記プロセスモニタからの出力に応じて前記レーザ生成装置の前記ファイバ曲げ部における前記光ファイバの曲率を調整する制御部と
    を備える、レーザ加工装置。
  10. 　中心コアと、前記中心コアの半径方向外側に位置する内側リング層であって、屈折率を低下させる性質を有するドーパントを含み、前記中心コアの屈折率よりも低い屈折率を有する内側リング層と、前記内側リング層の半径方向外側に位置する１以上の外側コアであって、前記内側リング層の屈折率よりも高い屈折率を有する１以上の外側コアと、前記１以上の外側コアの半径方向外側に位置する１以上の外側リング層であって、該１以上の外側リング層の半径方向内側に隣接する前記１以上の外側コアの屈折率よりも低い屈折率を有する１以上の外側リング層とを含む基材光ファイバを用意し、
    　前記基材光ファイバの長手方向に沿った少なくとも１箇所を加熱して、前記内側リング層中の前記ドーパントを拡散させて、前記中心コアと前記内側リング層との間の比屈折率差ΔCFを、前記１以上の外側コアと該１以上の外側コアの半径方向外側に隣接する外側リング層との間の比屈折率差ΔPFよりも小さくする、光ファイバの製造方法。
  11. 　前記ドーパントはフッ素である、請求項１０に記載の光ファイバの製造方法。
  12. 　屈折率を上昇させる性質を有するドーパントを含む中心コアと、前記中心コアの半径方向外側に位置する内側リング層と、前記中心コアの屈折率よりも低い屈折率を有する内側リング層と、前記内側リング層の半径方向外側に位置する１以上の外側コアであって、前記内側リング層の屈折率よりも高い屈折率を有する１以上の外側コアと、前記１以上の外側コアの半径方向外側に位置する１以上の外側リング層であって、該１以上の外側リング層の半径方向内側に隣接する前記外側コアの屈折率よりも低い屈折率を有する１以上の外側リング層とを含む基材光ファイバを用意し、
    　前記基材光ファイバの長手方向に沿った少なくとも１箇所を加熱して、前記中心コア中の前記ドーパントを拡散させて、前記中心コアと前記内側リング層との間の比屈折率差ΔCFを、前記１以上の外側コアと該１以上の外側コアの半径方向外側に隣接する外側リング層との間の比屈折率差ΔPFよりも小さくする、
    光ファイバの製造方法。
  13. 　前記ドーパントはゲルマニウムである、請求項１２に記載の光ファイバの製造方法。
  14. 　前記少なくとも１箇所は、他の光ファイバに突き合わせた前記基材光ファイバの端部である、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の光ファイバの製造方法。
  15. 　前記少なくとも１箇所の加熱を加熱する前の前記基材ファイバにおいて、前記１以上の外側コアと該１以上の外側コアの半径方向外側に隣接する外側リング層との間の比屈折率差は、前記中心コアと前記内側リング層との間の比屈折率差以上である、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の光ファイバの製造方法。
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