WO2023112839A1 - 光コンバイナ、及びレーザシステム - Google Patents

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WO2023112839A1
WO2023112839A1 PCT/JP2022/045382 JP2022045382W WO2023112839A1 WO 2023112839 A1 WO2023112839 A1 WO 2023112839A1 JP 2022045382 W JP2022045382 W JP 2022045382W WO 2023112839 A1 WO2023112839 A1 WO 2023112839A1
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WO
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clad
core
fiber
refractive index
optical fiber
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PCT/JP2022/045382
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English (en)
French (fr)
Inventor
真一 阪本
Original Assignee
株式会社フジクラ
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating

Definitions

  • the present invention relates to optical combiners and laser systems.
  • Patent Document 1 describes such a laser system.
  • the plurality of input optical fibers connected to the optical combiner consist of a core, a clad surrounding the outer peripheral surface of the core and having a lower refractive index than the core, and a coating surrounding the clad. and a layer.
  • Light propagating through the core of each optical fiber is incident on an optical combiner, combined, and emitted from an emission end.
  • the light reflected by the workpiece may enter the optical fiber again and become return light.
  • This return light may enter the plurality of input optical fibers from the optical combiner.
  • the light may propagate from the clad to the coating layer and be absorbed by the coating layer.
  • the temperature of the coating layer tends to rise, and there is a concern that the reliability may be lowered.
  • an object of the present invention is to provide an optical combiner and a laser system that can improve reliability.
  • a first aspect of the present invention includes a core, a first clad surrounding the core and having a lower refractive index than the core, and a refractive index of the first clad surrounding the first clad.
  • a plurality of input optical fibers including a second clad having a refractive index lower than the refractive index of the second clad; and a third clad surrounding the second clad and having a lower refractive index than the second clad; a bridge fiber having an entrance surface optically coupled to the cores of the input optical fibers of , and an exit surface for outputting light obtained by combining light incident from each of the input optical fibers;
  • An optical combiner characterized by comprising:
  • Aspect 2 of the present invention further includes a fourth clad that surrounds the second clad between the second clad and the third clad and has a higher refractive index than the second clad. It is an optical combiner of the aspect 1 which carries out.
  • the second clad can function as a trench layer and can suppress the loss of light propagating inside the second clad.
  • Aspect 3 of the present invention is the optical combiner according to aspect 2, wherein the numerical aperture of the second clad is larger than the numerical aperture of the third clad.
  • the return light that enters the fourth clad from the bridge fiber propagates more easily to the second clad than to the third clad, and the amount of return light that propagates to the third clad can be reduced.
  • Aspect 4 of the present invention is the optical combiner according to any one of aspects 1 to 3, wherein the third clad is the outermost layer of the clad of the input optical fiber.
  • Aspect 5 of the present invention is characterized in that the grin lens that emits light from the input optical fiber to the bridge fiber at a divergence angle smaller than that at the time of incidence has at least one core of the input optical fiber and the bridge fiber. 5.
  • the angle of divergence becomes small when the light from the input optical fiber is incident on the bridge fiber. can keep the divergence angle small.
  • a sixth aspect of the present invention is a laser comprising: the optical combiner according to any one of aspects 1 to 5; system.
  • a seventh aspect of the present invention comprises a plurality of light source optical fibers that optically connect each of the light sources and the input optical fibers individually, each of the light source optical fibers comprising a core and the core a first clad having a refractive index lower than that of the core, a second clad surrounding the first clad and having a refractive index lower than that of the first clad, and a second clad surrounding the A third cladding having a lower refractive index than the second cladding.
  • the optical combiner of the present invention it is possible to suppress the increase in temperature due to the absorption of light by dust or the like coming into contact with the outer peripheral surface of the input optical fiber, thereby enhancing the reliability.
  • a laser system that is more reliable can be more reliable.
  • an optical combiner and a laser system that can improve reliability are provided.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a laser system according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 is an exploded view showing a first optical combiner and a second optical combiner of FIG. 1
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the structure of the first input optical fiber of FIG. 2 and the refractive index profile
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the 2nd bridge
  • FIG. 11 is an exploded view showing a modification of the optical combiner;
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a laser system according to the first embodiment of the present invention.
  • the laser system 1 of the present embodiment includes a plurality of first light sources 2A, a plurality of first light source optical fibers 3A, a first optical combiner 4A, a plurality of second light sources 2B, A plurality of second light source optical fibers 3B, a second optical combiner 4B, a delivery fiber 5, and a light emitting section 6 are provided as main components.
  • Each of the first light sources 2A and each of the second light sources 2B is a laser device that emits light of a predetermined wavelength, and is composed of, for example, a fiber laser device or a solid-state laser device.
  • the first light source 2A and the second light source 2B are fiber laser devices
  • the first light source 2A and the second light source 2B are resonator-type fiber laser devices or MO-PA (Master Oscillator Power Amplifier) type fibers. It may be a laser device.
  • the light emitted from each of the first light source 2A and the second light source 2B is light with a wavelength of 1070 nm, for example.
  • This embodiment shows an example in which there are three first light sources 2A and six second light sources 2B.
  • first light sources 2A and second light sources 2B are not limited to this. Also, the first light source 2A and the second light source 2B may emit light of different wavelengths.
  • One end of a first light source optical fiber 3A that propagates light emitted from the first light source 2A is connected to each of the first light sources 2A.
  • the other end of each first light source optical fiber 3A is connected to a first optical combiner 4A.
  • Each second light source 2B is connected to one end of a second light source optical fiber 3B that propagates the light emitted from the second light source 2B.
  • the other end of each second light source optical fiber 3B is connected to a second optical combiner 4B.
  • One end of an intermediate optical fiber 30 is connected to the side opposite to the side to which the first light source optical fiber 3A of the first optical combiner 4A is connected.
  • the other end of the intermediate optical fiber 30 is connected to the second optical combiner 4B.
  • One end of the delivery fiber 5 is connected to the side of the second optical combiner 4B opposite to the side to which the second light source optical fiber 3B is connected, and the light emitting section 6 is connected to the other end of the delivery fiber 5 .
  • FIG. 2 is an exploded view showing the first optical combiner 4A and the second optical combiner 4B of FIG.
  • the first optical combiner 4A has a plurality of first input optical fibers 10 and a first bridge fiber 20
  • the second optical combiner 4B has a plurality of second input optical fibers. 40 and a second bridge fiber 50 .
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the structure of the first input optical fiber 10 and the refractive index distribution.
  • the first input optical fiber 10 is a multimode fiber.
  • each first input optical fiber 10 has a core 11 , a clad 12 and a coating layer 13 .
  • the clad 12 includes a first clad 12a surrounding the outer peripheral surface of the core 11, a second clad 12b surrounding the outer peripheral surface of the first clad 12a, a fourth clad 12d surrounding the outer peripheral surface of the second clad 12b, and a fourth clad. and a third clad 12c surrounding the outer peripheral surface of 12d.
  • the third clad 12c also surrounds the outer peripheral surface of the second clad 12b, and the fourth clad 12d surrounds the outer peripheral surface of the second clad 12b between the second clad 12b and the third clad 12c.
  • the first clad 12 a is in close contact with the core 11 .
  • the second clad 12b is in close contact with the first clad 12a.
  • the fourth clad 12d is in close contact with the second clad 12b.
  • the third clad 12 c is in close contact with the fourth clad 12 d and is the outermost layer of the clad 12 .
  • the core 11 is made of silica glass doped with a dopant such as germanium that raises the refractive index, and the refractive index n11 of the core 11 is higher than the refractive index of all regions of the clad 12 .
  • the first clad 12a is made of, for example, silica glass to which no dopant is added, and has a refractive index n12a lower than the refractive index n11 of the core 11 .
  • the second clad 12b is made of, for example, silica glass doped with a dopant such as fluorine that lowers the refractive index, and has a refractive index n12b lower than the refractive index n12a of the first clad 12a.
  • the fourth clad 12d is made of, for example, the same material as the first clad 12a and has a refractive index n12d higher than the refractive index n12b of the second clad 12b.
  • the example of FIG. 3 shows an example in which the refractive index n12d of the fourth clad 12d and the refractive index n12a of the first clad 12a are the same. It may be higher or lower than the refractive index n12a.
  • the third clad 12c is made of silica glass doped with a dopant such as fluorine that lowers the refractive index more than the second clad 12b, and has a refractive index n12c lower than the refractive index n12b of the second clad 12b. With such a refractive index distribution, the numerical aperture of the second clad 12b is larger than that of the third clad 12c.
  • the coating layer 13 covers the outer peripheral surface of the clad 12 and has a refractive index n13 higher than the refractive index of the core 11 in this embodiment. Note that the coating layer 13 is peeled off from the ends of the respective first input optical fibers 10, and the description of the coating layer 13 is omitted in FIG. One end of each of the first input optical fibers 10 is individually connected to the other end of each of the first light source optical fibers 3A at the connecting portion indicated by the black circle in FIG.
  • the first bridge fiber 20 has a core 21 and a clad 22 surrounding the outer peripheral surface of the core 21 .
  • the core 21 is made of silica glass doped with a dopant such as germanium that raises the refractive index
  • the clad 22 is made of silica glass to which no dopant is added. higher than the rate.
  • the first bridge fiber 20 is a tapered fiber in which the outer diameter on one side is not reduced and the outer diameter on the other side is reduced. a tapered portion 24 connected to the non-reduced diameter portion 23 and having an outer diameter gradually reduced from one side to the other; and a reduced diameter portion 25 whose outer diameter is kept constant in a state.
  • the cores 21 and the cores 11 of the first input optical fibers 10 are optically connected to each other on the incident surface 26 of the first bridge fiber 20 . Therefore, part of the clad 12 of the first input optical fiber 10 may be connected to the clad 22 of the first bridge fiber 20 . From the viewpoint of suppressing Fresnel reflection and the like, it is preferable that the refractive index n11 of the core 11 of the first input optical fiber 10 and the refractive index of the core 21 of the first bridge fiber 20 are approximately equal to each other.
  • the other end surface of the first bridge fiber 20, which is the end surface of the diameter-reduced portion 25 of the first bridge fiber 20, is the light exit surface 27, and the exit surface 27 is connected to one end of the intermediate optical fiber 30. .
  • the intermediate optical fiber 30 has a core 31 and a clad 32 surrounding the outer peripheral surface of the core 31 .
  • the clad 32 has a lower refractive index than the core 31 .
  • the diameter of the core 31 of the intermediate optical fiber 30 is equal to or greater than the diameter of the core 21 at the exit surface 27 of the first bridge fiber 20, and the core 21 at the exit surface 27 of the first bridge fiber 20 is
  • the first bridge fiber 20 and the intermediate optical fiber 30 are connected so as to be located within the core 31 . Therefore, light propagating through the core 21 of the first bridge fiber 20 can efficiently enter the core 31 of the intermediate optical fiber 30 . From the viewpoint of suppressing Fresnel reflection and the like, it is preferable that the refractive index of the core 21 of the first bridge fiber 20 and the refractive index of the core 31 of the intermediate optical fiber 30 are approximately equal to each other.
  • each second input optical fiber 40 has the same configuration as the first input optical fiber 10 . Therefore, each second input optical fiber 40 has a core 41 and a clad 42 .
  • the clad 42 includes a first clad 42a surrounding the outer peripheral surface of the core 41, a second clad 42b surrounding the outer peripheral surface of the first clad 42a, a third clad 42c surrounding the outer peripheral surface of the second clad 42b, and a second clad. and a fourth clad 42d surrounding the outer peripheral surface of the second clad 42b between the clad 42b and the third clad 42c.
  • the first clad 42 a is in close contact with the core 41 .
  • the second clad 42b is in close contact with the first clad 42a.
  • the fourth clad 42d is in close contact with the second clad 42b.
  • the third clad 42 c is in close contact with the fourth clad 42 d and is the outermost layer of the clad 42 .
  • the first clad 42a has a lower refractive index than the core 41
  • the second clad 42b has a lower refractive index than the first clad 42a.
  • the third clad 42c has a lower refractive index than the second clad 42b.
  • the fourth clad 42d has a higher refractive index than the second clad 42b.
  • the numerical aperture of the second clad 42b is greater than the numerical aperture of the third clad 42c.
  • the refractive index and diameter of the core 41 and the first clad 42a to the fourth clad 42d are the same as the refractive index and diameter of the core 11 of the first input optical fiber 10 and the first clad 12a to the fourth clad 12d, They can be different from each other.
  • One end of each of the second input optical fibers 40 is individually connected to the other end of each of the second light source optical fibers 3B at the connecting portion indicated by the black circle in FIG.
  • the second bridge fiber 50 of the second optical combiner 4B has a light entrance surface 56 on one side and a light exit surface 57 on the other side.
  • the other end of each second input optical fiber 40 and the other end of the intermediate optical fiber 30 are connected to the incident surface 56 of the second bridge fiber 50 .
  • FIG. 4 is a diagram showing the structure of the second bridge fiber 50 and the positional relationship between the second bridge fiber 50, the second input optical fiber 40, and the intermediate optical fiber 30.
  • the second bridge fiber 50 includes a center core 51, an inner clad 52 surrounding the outer peripheral surface of the center core 51, a ring core 53 surrounding the outer peripheral surface of the inner clad 52, and the outer peripheral surface of the ring core 53. and a surrounding outer cladding 54 .
  • the center core 51 and ring core 53 are made of silica glass doped with a dopant such as germanium, and the inner clad 52 and outer clad 54 are made of pure silica glass, for example.
  • the refractive indices of the inner clad 52 and outer clad are lower than those of the center core 51 and ring core 53 .
  • the refractive index of the center core 51 and the ring core 53 are equal to each other, and the refractive index of the inner clad 52 and the outer clad 54 are equal to each other.
  • the refractive index of the center core 51 and the ring core 53 may be different from each other, and the refractive index of the inner clad 52 and the refractive index of the outer clad 54 may be different from each other.
  • the center core 51 of the second bridge fiber 50 is connected to the core 31 of the intermediate optical fiber 30, and the ring cores 53 are connected to the respective second input optical fibers. 40 cores 41 are connected.
  • the diameter of the center core 51 is greater than or equal to the diameter of the core 31 of the intermediate optical fiber 30 so that the core 31 at the other end of the intermediate optical fiber 30 is positioned within the center core 51 at the incident surface 56 of the second bridge fiber 50.
  • the intermediate optical fiber 30 and the second bridge fiber 50 are connected. Therefore, light propagating through the core 31 of the intermediate optical fiber 30 can efficiently enter the center core 51 .
  • the thickness of the ring core 53 is equal to or greater than the diameter of the core 41 of the second input optical fiber 40, and the core 41 at the other end of the second input optical fiber 40 is the same as the ring core at the incident surface 56 of the second bridge fiber 50.
  • the second input optical fiber 40 and the second bridge fiber 50 are connected so as to be positioned within 53 . Therefore, the light propagating through the core 41 of the second input optical fiber 40 can efficiently enter the ring core 53 .
  • the refractive index of the core 31 of the intermediate optical fiber 30 and the refractive index of the center core 51 are substantially equal. It is preferable that the refractive index and the refractive index of the ring core 53 are approximately equal to each other.
  • the output surface 57 of the second bridge fiber 50 is connected to one end of the delivery fiber 5 .
  • the configuration of the delivery fiber 5 is similar to that of the second bridge fiber 50, for example. Therefore, the delivery fiber 5 has a center core, an inner clad surrounding the outer peripheral surface of the center core, a ring core surrounding the outer peripheral surface of the inner clad, and an outer clad surrounding the outer peripheral surface of the ring core.
  • the center core 51 of the second bridge fiber 50 and the center core of the delivery fiber 5 are connected, and the ring core 53 of the second bridge fiber 50 and the ring core of the delivery fiber 5 are connected.
  • each first input optical fiber 10 is individually connected to the other end of each first light source optical fiber 3A.
  • One end of each of the second input optical fibers 40 is individually connected to the other end of each of the second light source optical fibers 3B.
  • each first light source optical fiber 3A has the same configuration as the first input optical fiber 10
  • each second light source optical fiber 3B has the same configuration as the second input optical fiber 40.
  • each of the first light source optical fibers 3A and each of the second light source optical fibers 3B includes a core, a first clad surrounding the core and having a lower refractive index than the core, and a A second clad having a lower refractive index than the first clad, a third clad surrounding the second clad and having a lower refractive index than the second clad, and the second clad and the third clad a fourth cladding surrounding the second cladding therebetween and having a refractive index higher than that of the second cladding.
  • the cores of the respective first light source optical fibers 3A and the cores 11 of the respective first input optical fibers 10 are individually connected and optically coupled to each other, and the respective second light source optical fibers 3B and the cores 41 of the respective second input optical fibers 40 are individually connected and optically coupled to each other.
  • the first clad of each first light source optical fiber 3A and the first clad 12a of each first input optical fiber 10 are individually connected.
  • the second clad of each first light source optical fiber 3A and the second clad 12b of each first input optical fiber 10 are individually connected.
  • the third clad of each first light source optical fiber 3A and the third clad 12c of each first input optical fiber 10 are individually connected.
  • the fourth clad of each first light source optical fiber 3A and the fourth clad 12d of each first input optical fiber 10 are individually connected.
  • the first clads of the respective second light source optical fibers 3B and the first clads 42a of the respective second input optical fibers 40 are individually connected.
  • the second clads of the respective second light source optical fibers 3B and the second clads 42b of the respective second input optical fibers 40 are individually connected.
  • the third clad of each second light source optical fiber 3B and the third clad 42c of each second input optical fiber 40 are individually connected.
  • the fourth clad of each second light source optical fiber 3B and the fourth clad 12d of each second input optical fiber 40 are individually connected.
  • each first light source 2A propagates through the first light source optical fiber 3A and is emitted from the first input optical fiber 10 of the first optical combiner 4A. , enter the core 21 from the entrance surface 26 of the first bridge fiber 20 .
  • Each light incident on the first bridge fiber 20 from each of the first input optical fibers 10 is combined and reduced in diameter at the tapered portion 24, and the intermediate light is emitted from the core 21 at the exit surface 27 of the reduced diameter portion 25.
  • Enter fiber 30 Light propagating through the intermediate optical fiber 30 enters the center core 51 of the second bridge fiber 50 in the second optical combiner 4B, and light propagating through the center core 51 enters the center core of the delivery fiber 5 .
  • each second light source 2B propagates through the second light source optical fiber 3B, enters the ring core 53 from the incident surface 56 of the second bridge fiber 50 in the second optical combiner 4B, and is combined. waved.
  • the combined light is emitted from the ring core 53 at the emission surface 57 of the second bridge fiber 50 and enters the ring core of the delivery fiber 5 .
  • the light propagating through the ring core of the delivery fiber 5 propagates to the light emitting portion 6, and light having a substantially ring-shaped cross section is emitted from the light emitting portion 6.
  • a workpiece (not shown) is irradiated with light emitted from the light emitting unit 6, and the workpiece is processed by the light.
  • part of the light irradiated to the workpiece may be reflected and enter the delivery fiber 5 from the light emitting section 6 as return light.
  • Return light propagating through the center core and ring core of the delivery fiber 5 enters the center core 51 and ring core 53 of the second bridge fiber 50 .
  • the return light propagating through the ring core 53 of the second bridge fiber 50 enters the core 41 and clad 42 of the second input optical fiber 40 .
  • the return light incident inside the third clad 42c of the clad 42 propagates inside the third clad 42c while being reflected by the inner peripheral surface of the third clad 42c.
  • Return light propagating through the second input optical fiber 40 enters the core and clad of the second light source optical fiber 3B.
  • the return light that enters inside the third clad propagates inside the third clad while being reflected by the inner peripheral surface of the third clad, and enters the second light source 2B. Then, it is appropriately processed within the second light source 2B.
  • the return light propagating through the center core 51 of the second bridge fiber 50 enters the core 21 of the first bridge fiber 20 via the core 31 of the intermediate optical fiber 30 .
  • the light propagating through the core 21 enters the core 11 and clad 12 of the first input optical fiber 10 .
  • the return light incident inside the third clad 12c of the clad 12 propagates inside the third clad 12c while being reflected by the inner peripheral surface of the third clad 12c.
  • Return light propagating through the first input optical fiber 10 enters the core and clad of the first light source optical fiber 3A.
  • the return light that enters inside the third clad propagates inside the third clad while being reflected by the inner peripheral surface of the third clad, and enters the first light source 2A. Then, it is appropriately processed within the first light source 2A.
  • the first optical combiner 4A and the second optical combiner 4B described above are generalized to an optical combiner
  • the first input optical fiber 10 and the second input optical fiber 40 are generalized to an input optical fiber
  • a first bridge If the fiber 20 and the second bridge fiber 50 are generalized to a bridge fiber, it will be as follows. That is, the optical combiner of this embodiment includes a core, a first clad surrounding the core and having a lower refractive index than the core, and a first clad surrounding the first clad and having a lower refractive index than the first clad.
  • a bridge fiber having an incident surface for coupling and an output surface for outputting light obtained by combining light incident from each of the input optical fibers.
  • the input optical fiber further includes a fourth clad that surrounds the second clad between the second clad and the third clad and has a higher refractive index than the second clad. Therefore, the second clad can function as a trench layer, and can suppress the loss of light propagating inside the second clad.
  • the numerical aperture of the second clad of the input optical fiber is greater than the numerical aperture of the third clad. Therefore, the return light incident on the fourth clad from the bridge fiber propagates more easily to the second clad than to the third clad, and the amount of return light that propagates to the third clad can be reduced.
  • the third clad of the input optical fiber is the outermost layer of the clad of the input optical fiber. Therefore, only the light incident on the third clad can reach the outer peripheral surface. Therefore, the amount of light that propagates to the outer peripheral surface of the input optical fiber can be reduced.
  • the laser system 1 of this embodiment is as follows. That is, the laser system 1 of this embodiment includes the optical combiner described above and a plurality of light sources that individually enter light into the cores of the respective input optical fibers. As described above, in the optical combiner of the present embodiment, it is possible to suppress the temperature rise due to the absorption of light by dust or the like that touches the outer peripheral surface of the input optical fiber, thereby enhancing the reliability. Such a laser system 1 may have increased reliability.
  • the laser system 1 of this embodiment can be specified as follows. That is, the laser system 1 of this embodiment includes a plurality of light source optical fibers that optically connect the respective light sources and the respective input optical fibers, and each light source optical fiber includes a core, a first clad that surrounds the core and has a lower refractive index than the core; a second clad that surrounds the first clad and has a lower refractive index than the first clad; and the second clad. and a third cladding having a lower refractive index than the second cladding.
  • the return light incident on the region surrounded by the third clad of the optical fiber for light source is easily guided through this region. Therefore, it is possible to suppress the return light incident on the light source optical fiber from propagating outside the third clad. For this reason, it is possible to suppress the light from being absorbed by dust or the like coming into contact with the outer peripheral surface of the optical fiber for light source and the temperature to rise, thereby further enhancing the reliability.
  • FIG. 5 is an exploded view showing a modification of the first optical combiner 4A and the second optical combiner 4B.
  • the first optical combiner 4A further has a plurality of first Green lenses 61, and between the first input optical fiber 10 and the first bridge fiber 20, each A first GRIN lens 61 is arranged
  • the second optical combiner 4B further comprises a plurality of second GRIN lenses 62, each of which is located between the second input optical fiber 40 and the second bridge fiber 50.
  • a lens 62 is arranged.
  • Each first GRIN lens 61 has one end individually connected to the other end of the first input optical fiber 10 and the other end connected to the incident surface 26 of the first bridge fiber 20 .
  • the first GRIN lens 61 emits the light incident from the first input optical fiber 10 to the core 21 of the first bridge fiber 20 at a divergence angle smaller than that at the time of incidence.
  • One end of each second green lens 62 is individually connected to the other end of the second input optical fiber 40 , and the other end is connected to the ring core 53 on the incident surface 56 of the second bridge fiber 50 .
  • the second green lens 62 emits the light incident from the second input optical fiber 40 to the ring core 53 of the second bridge fiber 50 at a divergence angle smaller than that at the time of incidence.
  • the other end of the intermediate optical fiber 30 is connected to the incident surface 56 of the second bridge fiber 50 .
  • first optical combiner 4A and the second optical combiner 4B According to the first optical combiner 4A and the second optical combiner 4B, light from the first input optical fiber 10 and the second input optical fiber 40 enters the first bridge fiber 20 and the second bridge fiber 50. Since the divergence angle becomes small when You can keep the corners small.
  • the laser system 1 of the above embodiment has the first optical combiner 4A and the second optical combiner 4B, but the laser system may have one combiner.
  • the first bridge fiber 20 of the first optical combiner 4A of the above embodiment is a tapered fiber having a tapered portion 24, and the second bridge fiber 50 of the second optical combiner 4B has a center core 51 and a ring core 53.
  • the bridge fiber of the present invention has an entrance surface that is optically coupled to the cores of a plurality of input optical fibers, and an exit surface that outputs the combined light from the input optical fibers.
  • the bridge fiber may be a double-clad fiber consisting of a core, an inner cladding with a lower refractive index than the core, and an outer cladding with a lower refractive index than the inner cladding.
  • a plurality of excitation light sources that emit excitation light are used as the plurality of light sources, and optical fibers for light sources that are connected to the respective excitation light sources and propagate the excitation light are connected to the inner clad, and in the inner clad, The pumping lights propagating from the respective light source optical fibers may be combined.
  • a fiber laser device can be constructed by connecting an amplifying optical fiber having a double clad structure similar to that of the bridge fiber and having a core doped with a rare earth element to the bridge fiber.
  • the input optical fiber has the fourth clad between the second clad and the third clad, but the input optical fiber does not have the fourth clad and the second clad
  • a third clad may be arranged on the outer peripheral surface of the.
  • the numerical aperture of the second clad is larger than the numerical aperture of the third clad, but the numerical aperture of the second clad may be less than or equal to the numerical aperture of the third clad. .
  • the third clad is the outermost layer of the clad of the input optical fiber, but another clad layer may be provided on the outer circumference of the third clad.
  • the light source optical fiber has the same configuration as the input optical fiber, but the light source optical fiber may have a different configuration from the input optical fiber.
  • the light source optical fiber may have a cladding with a constant refractive index in the radial direction.
  • the third clad may be arranged on the outer peripheral surface of the second clad.
  • the light source optical fiber is often routed longer than the input optical fiber of the optical combiner in the apparatus. For this reason, the light source optical fiber may have a larger confinement force for light propagating through the core than the input optical fiber.
  • the light source optical fiber may be an optical fiber having the fourth clad as in the embodiment
  • the input optical fiber of the optical combiner may be an optical fiber having no fourth clad as described above. good.
  • the refractive index difference between the second clad and the fourth clad in the light source optical fiber may be greater than the refractive index difference between the second clad and the fourth clad in the input optical fiber.
  • an optical combiner and a laser system that can improve reliability are provided, and can be used for processing laser systems, medical laser systems, and the like.

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Abstract

第１光コンバイナ４Ａは、コア１１と、コア１１を囲いコア１１の屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッド１２ａと、第１クラッド１２ａを囲い第１クラッド１２ａの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッド１２ｂと、第２クラッド１２ｂを囲い第２クラッド１２ｂの屈折率よりも低い屈折率を有する第３クラッド１２ｃと、を含む複数の第１入力用光ファイバ１０と、複数の第１入力用光ファイバ１０のコア１１と光学的に結合される入射面２６と、それぞれの第１入力用光ファイバ１０から入射する光が合波された光を出射する出射面２７と、を有する第１ブリッジファイバ２０と、を備える。

Description

光コンバイナ、及びレーザシステム
　本発明は、光コンバイナ、及びレーザシステムに関する。
　レーザシステムの高出力化を実現する方法の一つとして、複数の光ファイバから出射するレーザ光を纏めて、１本の光ファイバから出力するものが知られている。下記特許文献１には、このようなレーザシステムが記載されている。
　このレーザシステムの例では、光コンバイナに接続される複数の入力用光ファイバは、コアと、コアの外周面を囲いコアの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッドと、クラッドの周囲を覆う被覆層と、を有している。それぞれの光ファイバのコアを伝搬する光は、光コンバイナに入射して合波されて、出射端から出射する。
特開２０２１－１５０５２７号公報
　ファイバレーザシステムにおいては、被加工物で反射した光が再び光ファイバに入射して戻り光となる場合がある。この戻り光は、光コンバイナから上記複数の入力用光ファイバに入射する場合がある。上記特許文献１に記載のレーザシステムの場合、戻り光が光コンバイナから入力用光ファイバのクラッドに入射すると、当該光はクラッドから被覆層に伝搬し、被覆層で吸収される可能性がある。光が被覆層に吸収されると当該被覆層の温度が上昇する傾向にあり、信頼性が低下する懸念がある。
　そこで、本発明は、信頼性を高め得る光コンバイナ、及びレーザシステムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の態様１は、コアと、前記コアを囲い前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、前記第１クラッドを囲い前記第１クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、前記第２クラッドを囲い前記第２クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第３クラッドと、を含む複数の入力用光ファイバと、前記複数の入力用光ファイバの前記コアと光学的に結合される入射面と、それぞれの前記入力用光ファイバから入射する光が合波された光を出射する出射面と、を有するブリッジファイバと、を備えることを特徴とする光コンバイナである。
　このような光コンバイナによれば、ブリッジファイバから戻り光が入力用光ファイバの第３クラッドで囲われる領域に入射する場合には、この戻り光は、この領域を導波し易い。従って、入力用光ファイバに入射する戻り光が第３クラッドよりも外側に伝搬することを抑制することができる。このため、入力用光ファイバの外周面に触れる塵埃等に光が吸収されて温度が上昇することを抑制することができ、信頼性を高め得る。
　本発明の態様２は、前記第２クラッドと前記第３クラッドとの間において前記第２クラッドを囲い前記第２クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第４クラッドを更に含むことを特徴とする態様１の光コンバイナである。
　この場合、第２クラッドがトレンチ層として機能し得、第２クラッドより内側を伝搬する光の損失を抑制することができる。
　本発明の態様３は、前記第２クラッドの開口数は、前記第３クラッドの開口数よりも大きいことを特徴とする態様２の光コンバイナである。
　この場合、ブリッジファイバから第４クラッドに入射する戻り光が第３クラッドよりも第２クラッドに伝搬し易く、第３クラッドに伝搬する戻り光の量を少なくし得る。
　本発明の態様４は、前記第３クラッドは、前記入力用光ファイバのクラッドの最外層であることを特徴とする態様１から３のいずれかの光コンバイナである。
　この場合、第３クラッドに入射した光のみが、外周面に到達し得ることになる。そのため、入力用光ファイバの外周面まで伝搬する光の量を少なくし得る。
　本発明の態様５は、前記入力用光ファイバからの光を入射時よりも小さい発散角で前記ブリッジファイバに出射するグリンレンズが、少なくとも１つの前記入力用光ファイバの前記コアと前記ブリッジファイバの前記入射面との間に配置されることを特徴とする態様１から４のいずれかの光コンバイナである。
　このようなコンバイナによれば、入力用光ファイバからの光がブリッジファイバに入射する際に発散角が小さくなるため、ブリッジファイバから漏洩する光を抑えることができ、また、ブリッジファイバから出射する光の発散角を小さく抑えることができる。
　本発明の態様６は、態様１から５のいずれかの光コンバイナと、それぞれの前記入力用光ファイバの前記コアに個別に前記光を入射する複数の光源と、を備えることを特徴とするレーザシステムである。
　本発明の態様７は、それぞれの前記光源とそれぞれの前記入力用光ファイバとを個別に光学的に接続する複数の光源用光ファイバを備え、それぞれの光源用光ファイバは、コアと、前記コアを囲い前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、前記第１クラッドを囲い前記第１クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、前記第２クラッドを囲い前記第２クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第３クラッドと、を含むことを特徴とする態様６のレーザシステムである。
　上記のように、本発明の光コンバイナにおいて、入力用光ファイバの外周面に触れる塵埃等に光が吸収されて温度が上昇することを抑制することができ、信頼性を高め得るため、このようなレーザシステムは、信頼性を高め得る。
　以上のように、本発明によれば、信頼性を高め得る光コンバイナ、及びレーザシステムが提供される。
本発明の実施形態に係るレーザシステムを示す概念図である。 図１の第１光コンバイナ及び第２光コンバイナを示す分解図である。 図２の第１入力用光ファイバの構造と屈折率分布との関係を示す図である。 図２の第２ブリッジファイバの構造、及び、第２ブリッジファイバと第２入力用光ファイバ及び中間光ファイバとの位置関係を示す図である。 光コンバイナの変形例を示す分解図である。
　以下、本発明に係る光コンバイナ、及びレーザシステムの好適な実施形態について、図面を参照しながらそれぞれ詳細に説明する。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。なお、以下で参照する図面では、理解を容易にするために、各部材の寸法を変えて示す場合がある。
　図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザシステムを示す概念図である。図１に示すように、本実施形態のレーザシステム１は、複数の第１光源２Ａと、複数の第１光源用光ファイバ３Ａと、第１光コンバイナ４Ａと、複数の第２光源２Ｂと、複数の第２光源用光ファイバ３Ｂと、第２光コンバイナ４Ｂと、デリバリファイバ５と、光出射部６と、を主な構成として備える。
　それぞれの第１光源２Ａ及びそれぞれの第２光源２Ｂは、所定の波長の光を出射するレーザ装置であり、例えば、ファイバレーザ装置や固体レーザ装置からなる。第１光源２Ａ、第２光源２Ｂがファイバレーザ装置である場合、第１光源２Ａ、第２光源２Ｂは共振器型のファイバレーザ装置であったり、ＭＯ－ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置であったりする。それぞれの第１光源２Ａ及び第２光源２Ｂから出射する光は、例えば、１０７０ｎｍの波長の光である。本実施形態では、第１光源２Ａが３つであり、第２光源２Ｂが６つの例を示している。ただし、第１光源２Ａ及び第２光源２Ｂの数はこれに限られるものではない。また、第１光源２Ａと第２光源２Ｂとは、互いに異なる波長の光を出射してもよい。それぞれの第１光源２Ａには、第１光源２Ａから出射する光を伝搬する第１光源用光ファイバ３Ａの一端が接続されている。それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａの他端は、第１光コンバイナ４Ａに接続されている。それぞれの第２光源２Ｂには、第２光源２Ｂから出射する光を伝搬する第２光源用光ファイバ３Ｂの一端が接続されている。それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂの他端は、第２光コンバイナ４Ｂに接続されている。
　第１光コンバイナ４Ａの第１光源用光ファイバ３Ａが接続される側と反対側には、中間光ファイバ３０の一端が接続される。中間光ファイバ３０の他端は、第２光コンバイナ４Ｂに接続される。第２光コンバイナ４Ｂの第２光源用光ファイバ３Ｂが接続される側と反対側には、デリバリファイバ５の一端が接続され、デリバリファイバ５の他端には光出射部６が接続される。
　次に第１光コンバイナ４Ａ及び第２光コンバイナ４Ｂについて説明する。
　図２は、図１の第１光コンバイナ４Ａ及び第２光コンバイナ４Ｂを示す分解図である。図２に示すように第１光コンバイナ４Ａは、複数の第１入力用光ファイバ１０と、第１ブリッジファイバ２０と、を有し、第２光コンバイナ４Ｂは、複数の第２入力用光ファイバ４０と、第２ブリッジファイバ５０と、を有する。
　図３は、第１入力用光ファイバ１０の構造と屈折率分布との関係を示す図である。本実施形態では、第１入力用光ファイバ１０はマルチモードファイバとされる。図３に示すように、それぞれの第１入力用光ファイバ１０は、コア１１と、クラッド１２と、被覆層１３と、を有する。クラッド１２は、コア１１の外周面を囲う第１クラッド１２ａと、第１クラッド１２ａの外周面を囲う第２クラッド１２ｂと、第２クラッド１２ｂの外周面を囲う第４クラッド１２ｄと、第４クラッド１２ｄの外周面を囲う第３クラッド１２ｃとを含む。従って、第３クラッド１２ｃは、第２クラッド１２ｂの外周面をも囲い、第４クラッド１２ｄは、第２クラッド１２ｂと第３クラッド１２ｃとの間において第２クラッド１２ｂの外周面を囲う。また、本実施形態では、第１クラッド１２ａは、コア１１に密着している。第２クラッド１２ｂは、第１クラッド１２ａに密着している。第４クラッド１２ｄは、第２クラッド１２ｂに密着している。第３クラッド１２ｃは、第４クラッド１２ｄに密着しており、クラッド１２の最外層である。
　コア１１は、例えば屈折率を上昇させるゲルマニウム等のドーパントが添加されたシリカガラスから成り、コア１１の屈折率ｎ１１は、クラッド１２の全ての領域の屈折率よりも高い。第１クラッド１２ａは、例えば、何らドーパントが添加されないシリカガラスから成り、コア１１の屈折率ｎ１１よりも低い屈折率ｎ１２ａを有する。第２クラッド１２ｂは、例えば、屈折率を下げるフッ素等のドーパントが添加されたシリカガラスから成り、第１クラッド１２ａの屈折率ｎ１２ａよりも低い屈折率ｎ１２ｂを有する。第４クラッド１２ｄは、例えば、第１クラッド１２ａと同様の材料から成り、第２クラッド１２ｂの屈折率ｎ１２ｂよりも高い屈折率ｎ１２ｄを有する。図３の例では、第４クラッド１２ｄの屈折率ｎ１２ｄと第１クラッド１２ａの屈折率ｎ１２ａとが同じである例を示しているが、第４クラッド１２ｄの屈折率ｎ１２ｄは、第１クラッド１２ａの屈折率ｎ１２ａよりも高くても低くてもよい。第３クラッド１２ｃは、例えば、屈折率を下げるフッ素等のドーパントが第２クラッド１２ｂよりも多く添加されたシリカガラスから成り、第２クラッド１２ｂの屈折率ｎ１２ｂよりも低い屈折率ｎ１２ｃを有する。このような屈折率分布を有することで、第２クラッド１２ｂの開口数は、第３クラッド１２ｃの開口数よりも大きい。
　被覆層１３は、クラッド１２の外周面を被覆し、本実施形態では、コア１１の屈折率よりも高い屈折率ｎ１３を有する。なお、それぞれの第１入力用光ファイバ１０の端部では、被覆層１３が剥離されており、図２において被覆層１３の記載が省略されている。それぞれの第１入力用光ファイバ１０の一端は、図１で黒丸で示される接続部において、それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａの他端と個別に接続されている。
　第１ブリッジファイバ２０は、コア２１と、コア２１の外周面を囲うクラッド２２とを有している。コア２１は、例えば屈折率を上昇させるゲルマニウム等のドーパントが添加されたシリカガラスから成り、クラッド２２は、例えば、何らドーパントが添加されないシリカガラスから成り、コア２１の屈折率は、クラッド２２の屈折率よりも高い。また、第１ブリッジファイバ２０は、一方側の外径が縮径されておらず、他方側の外径が縮径されているテーパファイバであり、一方側において一定の外径を保つ非縮径部２３と、非縮径部２３に接続され、一方側から他方側に向かって外径が徐々に縮径されるテーパ部２４と、テーパ部２４の縮径側に接続され、縮径された状態で外径が一定に保たれる縮径部２５と、を有する。
　非縮径部２３の端面である第１ブリッジファイバ２０の一方側の端面は、光の入射面２６であり、それぞれの第１入力用光ファイバ１０の他端は、入射面２６に接続されている。第１ブリッジファイバ２０の入射面２６においてコア２１とそれぞれの第１入力用光ファイバ１０のコア１１とが光学的に結合するように接続されている。このため、第１入力用光ファイバ１０のクラッド１２の一部は、第１ブリッジファイバ２０のクラッド２２に接続されてもよい。なお、フルネル反射等を抑制する観点から、第１入力用光ファイバ１０のコア１１の屈折率ｎ１１と、第１ブリッジファイバ２０のコア２１の屈折率とは、互いに概ね等しいことが好ましい。第１ブリッジファイバ２０の縮径部２５の端面である第１ブリッジファイバ２０の他方側の端面は、光の出射面２７であり、出射面２７は、中間光ファイバ３０の一端に接続されている。
　中間光ファイバ３０は、コア３１と、コア３１の外周面を囲うクラッド３２とを有している。クラッド３２の屈折率はコア３１の屈折率よりも低い。中間光ファイバ３０のコア３１の直径は、第１ブリッジファイバ２０の出射面２７におけるコア２１の直径以上であり、第１ブリッジファイバ２０の出射面２７におけるコア２１が、中間光ファイバ３０の一端におけるコア３１内に位置するように、第１ブリッジファイバ２０と中間光ファイバ３０とは接続される。このため、第１ブリッジファイバ２０のコア２１を伝搬する光は、中間光ファイバ３０のコア３１に効率よく入射し得る。なお、フルネル反射等を抑制する観点から、第１ブリッジファイバ２０のコア２１の屈折率と、中間光ファイバ３０のコア３１の屈折率とは、互いに概ね等しいことが好ましい。
　中間光ファイバ３０の他端側は、それぞれの第２入力用光ファイバ４０の一部と並列される。それぞれの第２入力用光ファイバ４０は、第１入力用光ファイバ１０と同様の構成とされる。従って、それぞれの第２入力用光ファイバ４０は、コア４１と、クラッド４２とを有する。クラッド４２は、コア４１の外周面を囲う第１クラッド４２ａと、第１クラッド４２ａの外周面を囲う第２クラッド４２ｂと、第２クラッド４２ｂの外周面を囲う第３クラッド４２ｃと、第２クラッド４２ｂと第３クラッド４２ｃとの間において第２クラッド４２ｂの外周面を囲う第４クラッド４２ｄと、を含む。本実施形態では、第１クラッド４２ａは、コア４１に密着している。第２クラッド４２ｂは、第１クラッド４２ａに密着している。第４クラッド４２ｄは、第２クラッド４２ｂに密着している。第３クラッド４２ｃは、第４クラッド４２ｄに密着しており、クラッド４２の最外層である。
　第１クラッド４２ａは、コア４１の屈折率よりも低い屈折率を有し、第２クラッド４２ｂは、第１クラッド４２ａの屈折率よりも低い屈折率を有する。第３クラッド４２ｃは、第２クラッド４２ｂの屈折率よりも低い屈折率を有する。第４クラッド４２ｄは、第２クラッド４２ｂの屈折率よりも高い屈折率を有する。また、第２クラッド４２ｂの開口数は、第３クラッド４２ｃの開口数よりも大きい。ただし、コア４１、及び第１クラッド４２ａから第４クラッド４２ｄの屈折率や径は、第１入力用光ファイバ１０のコア１１、及び第１クラッド１２ａから第４クラッド１２ｄの屈折率や径と、互いに異なっていてもよい。それぞれの第２入力用光ファイバ４０の一端は、図１で黒丸で示される接続部において、それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂの他端と個別に接続されている。
　第２光コンバイナ４Ｂの第２ブリッジファイバ５０は、一方側の端面が光の入射面５６であり、他方側の端面が光の出射面５７である。それぞれの第２入力用光ファイバ４０の他端及び中間光ファイバ３０の他端は、第２ブリッジファイバ５０の入射面５６に接続されている。
　図４は、第２ブリッジファイバ５０の構造、及び、第２ブリッジファイバ５０と第２入力用光ファイバ４０及び中間光ファイバ３０との位置関係を示す図である。図４に示すように、第２ブリッジファイバ５０は、センターコア５１と、センターコア５１の外周面を囲う内側クラッド５２と、内側クラッド５２の外周面を囲うリングコア５３と、リングコア５３の外周面を囲う外側クラッド５４とを有している。センターコア５１及びリングコア５３は、例えばゲルマニウム等のドーパントが添加されたシリカガラスから成り、内側クラッド５２及び外側クラッド５４は、例えば純粋なシリカガラスから成る。内側クラッド５２及び外側クラッドの屈折率は、センターコア５１及びリングコア５３の屈折率よりも低い。なお、図４の例では、センターコア５１の屈折率とリングコア５３の屈折率とが互いに等しく、内側クラッド５２の屈折率と外側クラッド５４の屈折率とが互いに等しい例が示されているが、センターコア５１の屈折率とリングコア５３の屈折率とが互いに異なってもよく、内側クラッド５２の屈折率と外側クラッド５４の屈折率とが互いに異なってもよい。
　図４において破線で示すように、入射面５６において、第２ブリッジファイバ５０のセンターコア５１には、中間光ファイバ３０のコア３１が接続され、リングコア５３には、それぞれの第２入力用光ファイバ４０のコア４１が接続されている。センターコア５１の直径は、中間光ファイバ３０のコア３１の直径以上であり、中間光ファイバ３０の他端におけるコア３１が、第２ブリッジファイバ５０の入射面５６におけるセンターコア５１内に位置するように、中間光ファイバ３０と第２ブリッジファイバ５０とは接続される。このため、中間光ファイバ３０のコア３１を伝搬する光は、センターコア５１に効率よく入射し得る。また、リングコア５３の厚みは、第２入力用光ファイバ４０のコア４１の直径以上であり、第２入力用光ファイバ４０の他端におけるコア４１が、第２ブリッジファイバ５０の入射面５６におけるリングコア５３内に位置するように、第２入力用光ファイバ４０と第２ブリッジファイバ５０とは接続される。このため、第２入力用光ファイバ４０のコア４１を伝搬する光は、リングコア５３に効率よく入射し得る。なお、フルネル反射等を抑制する観点から、中間光ファイバ３０のコア３１の屈折率と、センターコア５１の屈折率とは、互いに概ね等しいことが好ましく、第２入力用光ファイバ４０のコア４１の屈折率と、リングコア５３の屈折率とは、互いに概ね等しいことが好ましい。
　また、第２ブリッジファイバ５０の出射面５７は、デリバリファイバ５の一端に接続される。デリバリファイバ５の構成は、例えば、第２ブリッジファイバ５０の構成と同様とされる。従って、デリバリファイバ５は、センターコアと、センターコアの外周面を囲う内側クラッドと、内側クラッドの外周面を囲うリングコアと、リングコアの外周面を囲う外側クラッドと、を有する。第２ブリッジファイバ５０のセンターコア５１とデリバリファイバ５のセンターコアとが接続され、第２ブリッジファイバ５０のリングコア５３とデリバリファイバ５のリングコアとが接続される。
　なお、上記のように、それぞれの第１入力用光ファイバ１０の一端は、それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａの他端と個別に接続されている。また、それぞれの第２入力用光ファイバ４０の一端は、それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂの他端と個別に接続されている。本実施形態では、それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａは、第１入力用光ファイバ１０と同様の構成とされ、それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂは、第２入力用光ファイバ４０と同様の構成とされる。従って、それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａ及びそれぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂは、コアと、コアを囲いコアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、第１クラッドを囲い第１クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、第２クラッドを囲い第２クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第３クラッドと、第２クラッドと第３クラッドとの間において第２クラッドを囲い第２クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第４クラッドと、を含む。それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａのコアとそれぞれの第１入力用光ファイバ１０のコア１１とが個別に接続されて、互いに光学的に結合しており、それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂのコアとそれぞれの第２入力用光ファイバ４０のコア４１とが個別に接続されて、互いに光学的に結合している。
　従って、それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａの第１クラッドとそれぞれの第１入力用光ファイバ１０の第１クラッド１２ａとが個別に接続される。それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａの第２クラッドとそれぞれの第１入力用光ファイバ１０の第２クラッド１２ｂとが個別に接続される。それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａの第３クラッドとそれぞれの第１入力用光ファイバ１０の第３クラッド１２ｃとが個別に接続される。それぞれの第１光源用光ファイバ３Ａの第４クラッドとそれぞれの第１入力用光ファイバ１０の第４クラッド１２ｄとが個別に接続される。同様に、それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂの第１クラッドとそれぞれの第２入力用光ファイバ４０の第１クラッド４２ａとが個別に接続される。それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂの第２クラッドとそれぞれの第２入力用光ファイバ４０の第２クラッド４２ｂとが個別に接続される。それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂの第３クラッドとそれぞれの第２入力用光ファイバ４０の第３クラッド４２ｃとが個別に接続される。それぞれの第２光源用光ファイバ３Ｂの第４クラッドとそれぞれの第２入力用光ファイバ４０の第４クラッド１２ｄとが個別に接続される。
　このような構成のレーザシステム１において、それぞれの第１光源２Ａから出射する光は、第１光源用光ファイバ３Ａを伝搬し、第１光コンバイナ４Ａの第１入力用光ファイバ１０から出射して、第１ブリッジファイバ２０の入射面２６からコア２１に入射する。それぞれの第１入力用光ファイバ１０から第１ブリッジファイバ２０に入射するそれぞれの光は、合波されて、テーパ部２４において縮径され、縮径部２５の出射面２７におけるコア２１から中間光ファイバ３０に入射する。中間光ファイバ３０を伝搬する光は、第２光コンバイナ４Ｂにおける第２ブリッジファイバ５０のセンターコア５１に入射し、当該センターコア５１を伝搬する光は、デリバリファイバ５のセンターコアに入射する。デリバリファイバ５のセンターコアを伝搬する光は、光出射部６に伝搬し、光出射部６からは概ね円形の断面形状の光が出射する。また、それぞれの第２光源２Ｂから出射するそれぞれの光は、第２光源用光ファイバ３Ｂを伝搬し、第２光コンバイナ４Ｂにおける第２ブリッジファイバ５０の入射面５６からリングコア５３に入射されて合波される。合波された光は、第２ブリッジファイバ５０の出射面５７においてリングコア５３から出射して、デリバリファイバ５のリングコアに入射する。デリバリファイバ５のリングコアを伝搬する光は、光出射部６に伝搬し、光出射部６からは概ねリング状の断面形状の光が出射する。
　光出射部６から出射する光は、不図示の被加工物に照射され、被加工物は光により加工される。ところで、被加工物に照射される光の一部が反射され、戻り光として光出射部６からデリバリファイバ５に入射する場合がある。デリバリファイバ５のセンターコアやリングコアを伝搬する戻り光は、第２ブリッジファイバ５０のセンターコア５１やリングコア５３に入射する。第２ブリッジファイバ５０のリングコア５３を伝搬する戻り光は、第２入力用光ファイバ４０のコア４１やクラッド４２に入射する。クラッド４２のうち第３クラッド４２ｃより内側に入射する戻り光は、第３クラッド４２ｃの内周面で反射されながら、第３クラッド４２ｃより内側を伝搬する。第２入力用光ファイバ４０を伝搬する戻り光は、第２光源用光ファイバ３Ｂのコアやクラッドに入射する。第２光源用光ファイバ３Ｂのクラッドのうち第３クラッドより内側に入射する戻り光は、第３クラッドの内周面で反射されながら、第３クラッドより内側を伝搬し、第２光源２Ｂに入射して、第２光源２Ｂ内で適宜処理される。また、第２ブリッジファイバ５０のセンターコア５１を伝搬する戻り光は、中間光ファイバ３０のコア３１を介して第１ブリッジファイバ２０のコア２１に入射する。コア２１を伝搬する光は、第１入力用光ファイバ１０のコア１１やクラッド１２に入射する。クラッド１２のうち第３クラッド１２ｃより内側に入射する戻り光は、第３クラッド１２ｃの内周面で反射されながら、第３クラッド１２ｃより内側を伝搬する。第１入力用光ファイバ１０を伝搬する戻り光は、第１光源用光ファイバ３Ａのコアやクラッドに入射する。第１光源用光ファイバ３Ａのクラッドのうち第３クラッドより内側に入射する戻り光は、第３クラッドの内周面で反射されながら、第３クラッドより内側を伝搬し、第１光源２Ａに入射して、第１光源２Ａ内で適宜処理される。
　以上説明した第１光コンバイナ４Ａ及び第２光コンバイナ４Ｂを一般化して光コンバイナとし、第１入力用光ファイバ１０及び第２入力用光ファイバ４０を一般化して入力用光ファイバとし、第１ブリッジファイバ２０及び第２ブリッジファイバ５０を一般化してブリッジファイバとすると、次のようになる。すなわち、本実施形態の光コンバイナは、コアと、コアを囲いコアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、第１クラッドを囲い第１クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、第２クラッドを囲い第２クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第３クラッドと、を含む複数の入力用光ファイバと、複数の入力用光ファイバのコアと光学的に結合される入射面と、それぞれの入力用光ファイバから入射する光が合波された光を出射する出射面と、を有するブリッジファイバと、を備える。
　このような光コンバイナによれば、ブリッジファイバから戻り光が入力用光ファイバの第３クラッドで囲われる領域に入射する場合には、この戻り光は、この領域を導波し易い。従って、入力用光ファイバに入射する戻り光が第３クラッドよりも外側に伝搬することを抑制することができる。このため、入力用光ファイバの外周面に触れる塵埃等に光が吸収されて温度が上昇することを抑制することができ、信頼性を高め得る。
　また、本実施形態では、入力用光ファイバは、第２クラッドと第３クラッドとの間において第２クラッドを囲い第２クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第４クラッドを更に含む。このため、第２クラッドがトレンチ層として機能し得、第２クラッドより内側を伝搬する光の損失を抑制することができる。
　また、本実施形態では、入力用光ファイバの第２クラッドの開口数は、第３クラッドの開口数よりも大きい。このため、ブリッジファイバから第４クラッドに入射する戻り光が第３クラッドよりも第２クラッドに伝搬し易く、第３クラッドに伝搬する戻り光の量を少なくし得る。
　また、本実施形態では、入力用光ファイバの第３クラッドは、入力用光ファイバのクラッドの最外層である。このため、第３クラッドに入射した光のみが、外周面に到達し得ることになる。そのため、入力用光ファイバの外周面まで伝搬する光の量を少なくし得る。
　また、第１光源２Ａ及び第２光源２Ｂを一般化して光源とすると、本実施形態のレーザシステム１は次のようになる。すなわち、本実施形態のレーザシステム１は、上記の光コンバイナと、それぞれの入力用光ファイバのコアに個別に光を入射する複数の光源と、を備える。上記のように、本実施形態の光コンバイナにおいて、入力用光ファイバの外周面に触れる塵埃等に光が吸収されて温度が上昇することを抑制することができ、信頼性を高め得るため、このようなレーザシステム１は、信頼性を高め得る。
　さらに、第１光源用光ファイバ３Ａ及び第２光源用光ファイバ３Ｂを一般化して光源用光ファイバとすると、本実施形態のレーザシステム１は次のように特定できる。すなわち、本実施形態のレーザシステム１は、それぞれの光源とそれぞれの入力用光ファイバとを個別に光学的に接続する複数の光源用光ファイバを備え、それぞれの光源用光ファイバは、コアと、前記コアを囲い前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、前記第１クラッドを囲い前記第１クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、前記第２クラッドを囲い前記第２クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第３クラッドと、を含む。このような構成であることで、光源用光ファイバの第３クラッドで囲われる領域に入射する戻り光は、この領域を導波し易い。従って、光源用光ファイバに入射する戻り光が第３クラッドよりも外側に伝搬することを抑制することができる。このため、光源用光ファイバの外周面に触れる塵埃等に光が吸収されて温度が上昇することを抑制することができ、信頼性をより高め得る。
（変形例）
　次に上記の第１光コンバイナ４Ａ及び第２光コンバイナ４Ｂの変形例について図５を参照して詳細に説明する。なお、上記と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。
　図５は、第１光コンバイナ４Ａ及び第２光コンバイナ４Ｂの変形例を示す分解図である。図５に示すように、本変形例では、第１光コンバイナ４Ａは、複数の第１グリンレンズ６１を更に有し、第１入力用光ファイバ１０と第１ブリッジファイバ２０との間にそれぞれの第１グリンレンズ６１が配置され、第２光コンバイナ４Ｂは、複数の第２グリンレンズ６２を更に有し、第２入力用光ファイバ４０と第２ブリッジファイバ５０との間にそれぞれの第２グリンレンズ６２が配置されている。
　それぞれの第１グリンレンズ６１は、一端が第１入力用光ファイバ１０の他端に個別に接続され、他端が第１ブリッジファイバ２０の入射面２６に接続されている。第１グリンレンズ６１は、第１入力用光ファイバ１０から入射する光を入射時よりも小さい発散角で第１ブリッジファイバ２０のコア２１に出射する。それぞれの第２グリンレンズ６２は、一端が第２入力用光ファイバ４０の他端に個別に接続され、他端が第２ブリッジファイバ５０の入射面５６においてリングコア５３に接続されている。第２グリンレンズ６２は、第２入力用光ファイバ４０から入射する光を入射時よりも小さい発散角で第２ブリッジファイバ５０のリングコア５３に出射する。なお、本実施形態においても、中間光ファイバ３０の他端は、第２ブリッジファイバ５０の入射面５６に接続されている。
　このような第１光コンバイナ４Ａ及び第２光コンバイナ４Ｂによれば、第１入力用光ファイバ１０や第２入力用光ファイバ４０からの光が第１ブリッジファイバ２０や第２ブリッジファイバ５０に入射する際に発散角が小さくなるため、第１ブリッジファイバ２０や第２ブリッジファイバ５０から漏洩する光を抑えることができ、また、第１ブリッジファイバ２０や第２ブリッジファイバ５０から出射する光の発散角を小さく抑えることができる。
　以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　例えば、上記実施形態のレーザシステム１は、第１光コンバイナ４Ａ及び第２光コンバイナ４Ｂを有していたが、１つのコンバイナを有するレーザシステムであってもよい。
　また、上記実施形態の第１光コンバイナ４Ａの第１ブリッジファイバ２０は、テーパ部２４を有するテーパファイバであり、第２光コンバイナ４Ｂの第２ブリッジファイバ５０は、センターコア５１とリングコア５３とを有する光ファイバであった。しかし、本発明のブリッジファイバは、複数の入力用光ファイバのコアと光学的に結合される入射面と、それぞれの入力用光ファイバから入射する光が合波された光を出射する出射面とを有するブリッジファイバであれば上記実施形態に限らない。例えば、ブリッジファイバは、コアと、コアよりも低い屈折率を有する内側クラッドと、内側クラッドよりも低い屈折率を有する外側クラッドからなるダブルクラッドファイバであってもよい。この場合、例えば、複数の光源として励起光を出射する複数の励起光源が用いられ、それぞれの励起光源に接続され励起光を伝搬する光源用光ファイバが、内側クラッドに接続され、内側クラッドにおいて、それぞれの光源用光ファイバから伝搬する励起光が合波されてもよい。この場合、ブリッジファイバと同様のダブルクラッド構造を有し、コアに希土類元素が添加された増幅用光ファイバが、ブリッジファイバに接続されることで、ファイバレーザ装置が構成され得る。
　また、上記実施形態では、入力用光ファイバは、第２クラッドと第３クラッドとの間に第４クラッドを有したが、入力用光ファイバは第４クラッドを有しておらず、第２クラッドの外周面上に第３クラッドが配置されるものであってもよい。
　また、上記実施形態では、第２クラッドの開口数は、第３クラッドの開口数よりも大きいものとされたが、第２クラッドの開口数は、第３クラッドの開口数以下であってもよい。
　また、上記実施形態では、第３クラッドは、入力用光ファイバのクラッドの最外層であったが、第３クラッドの外周に更に他のクラッド層が設けられてもよい。
　また、上記実施形態では、光源用光ファイバが、入力用光ファイバと同様の構成とされたが、光源用光ファイバが入力用光ファイバと異なる構成であってもよい。例えば、光源用光ファイバは、クラッドが径方向に屈折率が一定であるものであってもよく、また例えば、光源用光ファイバは、上記実施形態の入力用光ファイバから第４クラッドが省略され、第２クラッドの外周面上に第３クラッドが配置されるものであってもよい。なお、一般的に光源用光ファイバの方が光コンバイナの入力用光ファイバよりも装置内で長く取り廻されることが多い。このため、光源用光ファイバの方が入力用光ファイバよりもコアを伝搬する光の閉じ込め力が大きくてもよい。この場合、例えば、光源用光ファイバは実施形態のように第４クラッドを有する光ファイバであり、光コンバイナの入力用光ファイバは上記のように第４クラッドを有さない光ファイバであってもよい。また、例えば、光源用光ファイバ及び入力用光ファイバのそれぞれが実施形態のように第１クラッドから第４クラッドを有する場合であっても、光源用光ファイバの光の閉じ込め力を大きくする観点から光源用光ファイバにおける第２クラッドと第４クラッドとの屈折率差の方が、入力用光ファイバにおける第２クラッドと第４クラッドとの屈折率差よりも大きくてもよい。
　以上説明したように、本発明によれば、信頼性を高め得る光コンバイナ、及びレーザシステムが提供され、加工用レーザシステムや、医療用レーザシステム等に利用することができる。

Claims (7)

  1. 　コアと、前記コアを囲い前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、前記第１クラッドを囲い前記第１クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、前記第２クラッドを囲い前記第２クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第３クラッドと、を含む複数の入力用光ファイバと、
    　前記複数の入力用光ファイバの前記コアと光学的に結合される入射面と、それぞれの前記入力用光ファイバから入射する光が合波された光を出射する出射面と、を有するブリッジファイバと、
    を備える
    ことを特徴とする光コンバイナ。
  2. 　前記第２クラッドと前記第３クラッドとの間において前記第２クラッドを囲い前記第２クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第４クラッドを更に含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の光コンバイナ。
  3. 　前記第２クラッドの開口数は、前記第３クラッドの開口数よりも大きい
    ことを特徴とする請求項２に記載の光コンバイナ。
  4. 　前記第３クラッドは、前記入力用光ファイバのクラッドの最外層である
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光コンバイナ。
  5. 　前記入力用光ファイバからの光を入射時よりも小さい発散角で前記ブリッジファイバに出射するグリンレンズが、少なくとも１つの前記入力用光ファイバの前記コアと前記ブリッジファイバの前記入射面との間に配置される
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光コンバイナ。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の光コンバイナと、
    　それぞれの前記入力用光ファイバの前記コアに個別に前記光を入射する複数の光源と、
    を備える
    ことを特徴とするレーザシステム。
  7. 　それぞれの前記光源とそれぞれの前記入力用光ファイバとを個別に光学的に接続する複数の光源用光ファイバを備え、
    　それぞれの光源用光ファイバは、コアと、前記コアを囲い前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、前記第１クラッドを囲い前記第１クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、前記第２クラッドを囲い前記第２クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第３クラッドと、を含む
    ことを特徴とする請求項６に記載のレーザシステム。
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