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技術 コンバイナ及びレーザシステム

出願人 株式会社フジクラ
発明者 藤田智之
出願日 2016年6月6日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2016-112873
公開日 2017年12月14日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2017-219628
状態 特許登録済
技術分野 ライトガイドの光学的結合 光ファイバ束 レーザ(2)
主要キーワード インナークラッド 等脚台形 ファイバレーザシステム 縮径率 出射ファイバ 入射ファイバ 最密充填構造 周期長
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年12月14日)のものです。
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図面 (7)

課題

出射光ビーム品質を制御可能なコンバイナを提供すること。

解決手段

コンバイナ(10)は、複数の入射ファイバFMF121〜127)と、複数のGIファイバ(141〜147)と、出射ファイバ(13)と、GIファイバ(141〜147)が結合された入射端面(11a)及び出射ファイバ(13)が結合された出射端面(11b)を有する縮径部(11)とを備え、少なくとも2本のGIファイバ(例えばGIファイバ141,142)は、異なるレンズとしての開口数を有する。

概要

背景

複数台レーザ装置の各々から出射されるレーザ光を1つの出射光にまとめるコンバイナが知られている。例えば特許文献1には、入射ファイバを構成する複数の光ファイバ(特許文献1における「入力用光ファイバ」)と、テーパ部を有する縮径部(特許文献1における「ブリッジファイバ」)と、出射ファイバ(特許文献1における「出力用光ファイバ」)と、を備えたコンバイナ(特許文献1における「光ファイバコンバイナ」)が記載されている。

このようなコンバイナは、例えばレーザ加工機レーザシステム)に好適に用いることができる。レーザ加工機は、複数台のレーザ装置の各々から出射されるレーザ光を、このようなコンバイナを用いて1つの出射光にまとめることによって、1台のレーザ装置では得ることができない高出力な出射光を得ている。レーザ加工機は、このようにして得られた出射光を用いて高出力を要する加工用途、例えば、切断や溶接などに用いられている。

概要

出射光のビーム品質を制御可能なコンバイナを提供すること。コンバイナ(10)は、複数の入射ファイバ(FMF121〜127)と、複数のGIファイバ(141〜147)と、出射ファイバ(13)と、GIファイバ(141〜147)が結合された入射端面(11a)及び出射ファイバ(13)が結合された出射端面(11b)を有する縮径部(11)とを備え、少なくとも2本のGIファイバ(例えばGIファイバ141,142)は、異なるレンズとしての開口数を有する。

目的

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、出射光のビーム品質を制御可能なコンバイナを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

複数の入射ファイバと、前記複数の入射ファイバの各々の出射端面に1本ずつ接合されたGIファイバと、出射ファイバと、入射端面、及び、当該入射端面よりも面積が狭い出射端面を有し、前記入射端面に前記GIファイバの各々が結合され、且つ、前記出射端面に前記出射ファイバが結合された縮径部と、を備えたコンバイナであって、各GIファイバのうち少なくとも2本のGIファイバは、互いに異なるレンズとしての開口数を有する、ことを特徴とするコンバイナ。

請求項2

前記縮径部の前記入射端面を平面視した場合に得られる、前記入射端面のGIファイバが結合されている領域の中心と前記出射端面の中心との平面視距離を距離Ddifとして、互いに等しい距離Ddifを有する領域に結合されたGIファイバの各々は、互いに異なるレンズとしての開口数を有する、ことを特徴とする請求項1に記載のコンバイナ。

請求項3

前記縮径部の前記入射端面を平面視した場合に得られる、前記入射端面のGIファイバが結合されている領域の中心と前記出射端面の中心との平面視距離を距離Ddifとして、最も小さい距離Ddifを有する領域に結合されたGIファイバは、他のGIファイバより小さいレンズとしての開口数を有する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載のコンバイナ。

請求項4

前記各GIファイバは、製造公差の範囲内で同じ屈折率分布を有し、前記各GIファイバの長さは、前記各GIファイバの開口数が所望の値となるように定められている、ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のコンバイナ。

請求項5

前記各GIファイバは、製造公差の範囲内で同じ屈折率分布を有し、前記各GIファイバのうち、最も小さいレンズとしての開口数を有するGIファイバの長さは、コリメートされた光を出射する長さである最適長と等しい、ことを特徴とする請求項4に記載のコンバイナ。

請求項6

前記縮径部の、前記入射端面の形状及び前記出射端面の形状は、何れも円形である、ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のコンバイナ。

請求項7

(1)複数の入射ファイバと、(2)前記複数の入射ファイバの各々の出射端面に1本ずつ接合されたGIファイバと、(3)出射ファイバと、(4)入射端面、及び、当該入射端面よりも面積が狭い出射端面を有し、前記入射端面に前記GIファイバの各々が結合され、且つ、前記出射端面に前記出射ファイバが結合された縮径部と、を備えたコンバイナであって、各GIファイバのうち少なくとも2本のGIファイバは、互いに異なるレンズとしての開口数を有するコンバイナと、それぞれが出射ファイバを有する複数台レーザ装置であって、前記出射ファイバの各々が、それぞれ、前記コンバイナの前記入射ファイバの何れかに接続されている複数台のレーザ装置と、を備えている、ことを特徴とするレーザシステム

技術分野

0001

本発明は、入射ファイバ出射ファイバ縮径部とを備えたコンバイナに関する。また、そのようなコンバイナを備えたレーザシステム、及び、そのようなコンバイナの製造方法に関する。

背景技術

0002

複数台レーザ装置の各々から出射されるレーザ光を1つの出射光にまとめるコンバイナが知られている。例えば特許文献1には、入射ファイバを構成する複数の光ファイバ(特許文献1における「入力用光ファイバ」)と、テーパ部を有する縮径部(特許文献1における「ブリッジファイバ」)と、出射ファイバ(特許文献1における「出力用光ファイバ」)と、を備えたコンバイナ(特許文献1における「光ファイバコンバイナ」)が記載されている。

0003

このようなコンバイナは、例えばレーザ加工機(レーザシステム)に好適に用いることができる。レーザ加工機は、複数台のレーザ装置の各々から出射されるレーザ光を、このようなコンバイナを用いて1つの出射光にまとめることによって、1台のレーザ装置では得ることができない高出力な出射光を得ている。レーザ加工機は、このようにして得られた出射光を用いて高出力を要する加工用途、例えば、切断や溶接などに用いられている。

先行技術

0004

特開2013−190714号公報(2013年9月26日公開

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、レーザ加工機に用いて高品質な加工を行うためには、加工用途に応じて出射光のスポット径を適切に選択することが好ましい。加工用途に応じて、出射光の好適なパワー密度が異なるためである。

0006

例えば、切断を行う場合には、出射光のパワー密度を上げ、狭い範囲に出射光を照射することが好ましい。したがって、スポット径の小さな出射光、すなわち、ビーム品質が高い出射光を用いることが好ましい。ビーム品質が高い出射光を用いることによって、切断の精度を高めることができる。

0007

それに対して、溶接を行う場合には、出射光のパワー密度を下げ、広い範囲に出射光を照射することが好ましい。したがって、スポット径の大きな出射光、すなわち、ビーム品質が低い出射光を用いることが好ましい。ビーム品質が低い出射光を用いることによって、溶接の均一性を高めることができる。

0008

しかしながら、特許文献1に記載のコンバイナにおいて、出射光のビーム品質を制御することは、次の理由により困難である。このようなコンバイナによって得られる出射光のビーム品質は、主に縮径部の形状及び縮径部に入射するレーザ光の発散角に依存している。したがって、入射ファイバ及び縮径部の構成を変更しない場合、コンバイナの出射光のビーム品質は、不変である。すなわち、ビーム品質は、制御することができない、コンバイナに固有の特性である。

0009

したがって、用途が異なる加工をレーザ加工機にて行う場合、各用途に適したビーム品質を有する出射光を出射可能なレーザ加工機を、それぞれ用意する必要があった。このことは、様々なコストが増大する要因となる。

0010

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、出射光のビーム品質を制御可能なコンバイナを提供することである。また、そのようなコンバイナを備えたレーザシステム、及び、そのようなコンバイナの製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るコンバイナは、(1)複数の入射ファイバと、(2)前記複数の入射ファイバの各々の出射端面に1本ずつ接合されたGIファイバと、(3)出射ファイバと、(4)入射端面、及び、当該入射端面よりも面積が狭い出射端面を有し、前記入射端面に前記GIファイバの各々が結合され、且つ、前記出射端面に前記出射ファイバが結合された縮径部と、を備えたコンバイナであって、各GIファイバのうち少なくとも2本のGIファイバは、互いに異なるレンズとしての開口数を有する。

0012

上記の構成によれば、縮径部の入射端面には異なる開口数を有する光が入射されるため、コンバイナは、開口数が異なる出射光を出射することができる。すなわち、コンバイナは、出射光のビーム品質を制御することができる。

0013

また、本発明の一態様に係るコンバイナにおいて、前記縮径部の前記入射端面を平面視した場合に得られる、前記入射端面のGIファイバが結合されている領域の中心と前記出射端面の中心との平面視距離を距離Ddifとして、互いに等しい距離Ddifを有する領域に結合されたGIファイバの各々は、互いに異なるレンズとしての開口数を有することが好ましい。

0014

縮径部に入射した光の開口数は、縮径部を伝播する過程で増加する。その増加量は、上記距離Ddifが小さい領域に入射した光ほど小さく、上記距離Ddifが大きい領域に入射した光ほど大きくなる。言い方を代えると、互いに等しい距離Ddifを有する領域に結合された光の各々において、その増加量は等しい。

0015

上記の構成によれば、互いに等しい距離Ddifを有する複数の領域の各々に光を入射する場合であっても、開口数が異なる光を入射させることができるため、コンバイナは、開口数が異なる出射光を出射することができる。

0016

また、本発明の一態様に係るコンバイナにおいて、前記縮径部の前記入射端面を平面視した場合に得られる、前記入射端面のGIファイバが結合されている領域の中心と前記出射端面の中心との平面視距離を距離Ddifとして、最も小さい距離Ddifを有する領域に結合されたGIファイバは、他のGIファイバより小さいレンズとしての開口数を有する、ことが好ましい。

0017

上述のとおり、縮径部を伝播することに伴う光の開口数の増加量は、距離Ddifが小さい領域に入射した光ほど小さい。上記の構成によれば、最も小さい距離Ddifを有する領域に対して、最も小さい開口数を有する光を結合させることができるため、コンバイナの出射可能な光の開口数をより小さくすることができる。したがって、コンバイナは、出射光の開口数を広い範囲で変化させることができる。

0018

また、本発明の一態様に係るコンバイナにおいて、前記各GIファイバは、製造公差の範囲内で同じ屈折率分布を有し、前記各GIファイバの長さは、前記各GIファイバの開口数が所望の値となるように定められている、ことが好ましい。

0019

GIファイバは、その長さに応じて、出射する光の開口数が周期的に変化する特性を有する。上記の構成によれば、製造公差の範囲内で同じ屈折率分布を有するGIファイバ(例えば市販されているGIファイバ)を用いて、開口数が異なるGIファイバを実現することができる。したがって、屈折率分布が異なるGIファイバを用いる場合と比較して、本コンバイナは、出射光のビーム品質を容易に制御することができる。

0020

また、本発明の一態様に係るコンバイナにおいて、前記各GIファイバは、製造公差の範囲内で同じ屈折率分布を有し、前記各GIファイバのうち、最も小さいレンズとしての開口数を有するGIファイバの長さは、コリメートされた光を出射する長さである最適長と等しい、ことが好ましい。

0021

GIファイバは、その長さに応じて、レンズとしての開口数が周期的に変化する特性を有する。GIファイバのレンズとしての開口数は、GIファイバの長さが最適長である場合に最小値をとり、2つの最適長の中間となる長さで最大値をとる。GIファイバの長さが最適長である場合に、GIファイバは、コリメート光を出射する。

0022

上記の構成によれば、コンバイナが出射する光のうち最も小さな開口数を有する光の開口数を更に小さくすることができる。したがって、縮径部から出射する光の開口数を更に広い範囲で変化させることができる。

0023

また、本発明の一態様に係るコンバイナにおいて、前記縮径部の、前記入射端面の形状及び前記出射端面の形状は、何れも円形である、ことが好ましい。

0024

上記の構成によれば、既存の円柱状の光学部材、例えば光学ロッド延伸することにより縮径部を製造することができる。したがって、容易に入手可能な光学部材を用いて縮径部を製造可能であるため、コンバイナの製造コストを抑制することができる。

0025

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るレーザシステムは、(1)複数の入射ファイバと、(2)前記複数の入射ファイバの各々の出射端面に1本ずつ接合されたGIファイバと、(3)出射ファイバと、(4)入射端面、及び、当該入射端面よりも面積が狭い出射端面を有し、前記入射端面に前記GIファイバの各々が結合され、且つ、前記出射端面に前記出射ファイバが結合された縮径部と、を備えたコンバイナであって、各GIファイバのうち少なくとも2本のGIファイバは、互いに異なるレンズとしての開口数を有するコンバイナと、それぞれが出射ファイバを有する複数台のレーザ装置であって、前記出射ファイバの各々が、それぞれ、前記コンバイナの前記入射ファイバの何れかに接続されている複数台のレーザ装置と、を備えている。

0026

上記の構成によれば、レーザシステムは、本発明の一態様に係るコンバイナと同様の効果を奏する。

発明の効果

0027

本発明は、出射光のビーム品質を制御可能なコンバイナを提供することができる。また、そのようなコンバイナを備えたレーザシステム、及び、そのようなコンバイナの製造方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0028

(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係るコンバイナの斜視図である。(c)は、(a)及び(b)に示したコンバイナが備えている縮径部の入射端面の平面図である。
(a)及び(b)は、図1に示したコンバイナが備えている縮径部の断面図である。
図1に示したコンバイナが備えているGIファイバ束を構成するGIファイバにおける、レンズとしての開口数の長さ依存性を示すグラフである。
(a)は、本発明の第2の実施形態に係るコンバイナの斜視図である。(b)は、(a)に示したコンバイナが備えている縮径部の入射端面の平面図である。
(a)は、本発明の第1〜第3の実施例であるコンバイナが備えている縮径部の斜視図である。(b)は、(a)に示した縮径部の入射端面の平面図である。
本発明の第3の実施形態に係るファイバレーザシステムの構成を示すブロック図である。

実施例

0029

〔第1の実施形態〕
本発明の第1の実施形態に係るコンバイナ10について、図1図3を参照して説明する。

0030

図1の(a)及び(b)は、コンバイナ10の斜視図である。なお、図1の(b)は、コンバイナ10が備えている入射ファイバ束12を省いた状態のコンバイナ10を示す。図1の(c)は、コンバイナ10が備えている縮径部11の入射端面11aを平面視した場合に得られる平面図である。この平面図は、縮径部11を図1に示した座標軸におけるz軸負方向側から見ることによって得られる。図1の(c)は、入射端面11aにおいて、GIファイバ束14を構成するGIファイバ141〜147を結合される各領域P1〜P7を示す。なお、図1の(c)は、コンバイナ10が備えている入射ファイバ束12及びGIファイバ束14を省いた状態の入射端面11aを示す。

0031

図2の(a)及び(b)は、縮径部11の断面図であって、図1の(c)に示したA−A’線に沿った平面(yz平面)における断面図である。

0032

図3は、GIファイバ141〜147における、レンズとしての開口数NAの長さLGI依存性を示すグラフである。

0033

(コンバイナ10の構成)
図1の(a)に示すように、コンバイナ10は、縮径部11と、入射ファイバ束12と、出射ファイバ13と、GIファイバ束14を備えている。

0034

縮径部11は、光学ガラスによって構成された光学部材であり、例えば石英ガラス製である。縮径部11は、入射端面11aが一方の底面を構成し、出射端面11bが他方の底面を構成する円錐台の光学部材である。出射端面11bの面積は、入射端面11aの面積と比較して狭い。

0035

本実施形態において、入射端面11aの形状及び出射端面11bの形状は、何れも円形である。この構成によれば、市販されている円柱状の光学部材、例えば光学ロッドを延伸することにより縮径部11を製造することができる。したがって、容易に入手可能な光学部材を用いて縮径部を製造可能であるため、コンバイナの製造コストを抑制することができる。

0036

なお、円柱状の光学部材を延伸して縮径部11を製造するときに、延伸された光学部材の中心軸偏心することがある。このような偏心した光学部材を用いて縮径部11を製造した場合、縮径部11の形状は、偏心した円錐台(中心軸が入射端面11aに対して傾いている円錐台)となる。コンバイナ10において、縮径部11の形状は、このように偏心した円錐台であってもよい。

0037

入射ファイバ束12は、複数(本実施形態では7本)の入射ファイバであるフュモードファイバFMF)121〜127によって構成されている。FMF121は、コア121aとクラッド121bとを備えている。同様に、FMF122〜127の各々は、コア122a〜127aとクラッド122b〜127bとを備えている。FMF121〜FMF127の各々は、例えば石英ガラス製である。

0038

出射ファイバ13は、1本のマルチモードファイバによって構成されている。出射ファイバ13は、コア13aとクラッド13bとを備えている。コア13aの直径は、縮径部11の出射端面11bの直径Dout(図2参照)と等しくなるように構成されている。本実施形態において、出射ファイバ13のコア13aの端面は、出射端面11bに対して融着されている。出射ファイバ13は、例えば石英ガラス製である。出射ファイバ13は、縮径部11の出射端面11bに結合されている。

0039

入射ファイバ束12と縮径部11の入射端面11aとの間には、GI(Graded Index)ファイバ束14が介在する。GIファイバ束14は、FMF121〜127と同数である7本のGIファイバ141〜147によって構成されている。

0040

GIファイバ141〜147の各々は、FMF121〜127の各々と1:1で対応している。例えば、FMF121の出射端面には、GIファイバ141の入射端面が接合されている。GIファイバ141の出射端面は、縮径部11の入射端面11aに結合されている。同様に、FMF122〜127の各々は、GIファイバ142〜147の各々を介して入射端面11aに結合されている。

0041

入射端面11aの直径Dinは、GIファイバ141〜147の出射端面を全て包含する大きさに定められている(図1の(c)参照)。

0042

GIファイバ141〜147の各々は、例えば石英製の光学部材であり、その中心軸において屈折率が最も高く、その中心軸から遠ざかるにしたがって屈折率が低くなるように構成されている。

0043

このように構成されたGIファイバ141〜147は、FMF121〜127から入射された光の発散角を、その光を伝播する過程において抑制することができる。その結果、GIファイバ141〜147は、FMF121〜127から入射された光と比較して発散角が小さな光を出射することができる。この発散角の抑制の度合いは、GIファイバ141〜147の長さに応じて周期的に変化する。GIファイバ141〜147の各々の長さについては後述する。

0044

本実施形態において、入射ファイバ束12とGIファイバ束14とは、融着により接合されている。また、GIファイバ束14と縮径部11の入射端面11aとは、融着により結合されている。FMF121及びGIファイバ141を例にすれば、(1)FMF121の出射端面は、GIファイバ141の入射端面に融着されており、(2)GIファイバ141の出射端面は、入射端面11aに融着されている。FMF122〜127及びGIファイバ142〜147に関しても同様である。

0045

なお、GIファイバ束14と入射端面11aとは、互いに光学的に結合していればよい。したがって、例えば、GIファイバ束14を構成するGIファイバ141〜147の出射端面と、入射端面11aとを接続する場合の接続手段は、融着に限られない。例えば、コンバイナ10において用いる光の波長領域において良好な透過率を有する樹脂からなる接着剤を用いて、GIファイバ141〜147の各々の出射端面と、入射端面11aとを接着してもよい。出射ファイバ13と縮径部11の出射端面11bとの結合に関しても同様である。

0046

(各GIファイバが結合される領域)
図1の(a)及び(b)に示すように、FMF121〜127及びGIファイバ141〜147の各々は、FMF121及びGIファイバ141を中心として、その周りをFMF122〜127及びGIファイバ142〜147が取り囲むように配置されている。縮径部11の入射端面11aにおいて、GIファイバ141〜147の各々が接合される領域を、それぞれ、領域P1〜P7と呼ぶ。

0047

図1の(c)に示すように、領域P1は、入射端面11aの中心C1を含む。本実施形態において、入射端面11aを平面視した場合、領域P1の中心CP1と、入射端面11aの中心C1と、出射端面11bの中心C2とは、一致している。中心CP1は、GIファイバ141の中心に対応する。

0048

領域P1の周りには、領域P1を取り囲む6つの領域(領域P2〜P7)が配置されている。領域P2〜P7の各々の中心を、それぞれ中心CP2〜CP7と呼ぶ。領域P2は、GIファイバ142が接続される領域である。中心CP2は、入射端面11aに接合されたGIファイバ142の中心に対応する。同様に、領域P3〜P7の各々は、それぞれ、GIファイバ143〜147が接続される領域であり、中心CP3〜CP7の各々は、それぞれ、入射端面11aに接合されたGIファイバ143〜147の中心に対応する。領域P2〜P7の各々は、領域P1の周りに、中心CP2〜CP7が正六角形の各頂点を成すように配置されている。換言すれば、GIファイバ141〜147の各々は、入射端面11a内において最密充填構造をとるように配置されている。

0049

図1の(c)に示すA−A’線は、中心CP1と中心CP2と中心CP5とを通る直線である。各領域P1〜P7において、入射端面11aを平面視した場合に得られる中心C2と中心CP1〜CP7との平面視距離を距離Ddifとする。図1の(c)には、距離Ddifの例として、領域P2における距離Ddifを図示している。

0050

距離Ddifは、縮径部11に対して入射光が結合する領域と縮径部11に対して出射光が結合する領域とのずれを表す。距離Ddifが大きいほど、入射光が結合する領域と出射光が結合する領域とのずれが大きいことを表す。なお、領域P1〜P6における距離Ddifを区別する場合には、例えば距離Ddif(P1)というようにその領域を表す符号を距離Ddifの末尾追記する。

0051

上述したように、入射端面11aを平面視した場合に、中心C1と中心CP1と中心C2とは一致している。そのため、領域P1における距離Ddif(P1)は、Ddif(P1)=0である。一方、領域P2〜P7の中心CP2〜CP7の各々は、中心CP1を中心とする正六角形の各頂点に位置する。したがって、領域P2〜P7における距離Ddif(P2)〜Ddif(P7)の各々は、何れも等しく、およそ各領域P2〜P7の直径と一致する。そのため、コンバイナ10における距離Ddif(P1)〜Ddif(P7)は、小さな値を有する距離Ddif(P1)と、大きな値を有する距離Ddif(P2)〜Ddif(P7)とに分けられる。

0052

なお、本実施形態において、縮径部11は、その径(円錐台の中心軸と交わり、且つ、図1に図示した座標系におけるy軸方向に沿った長さ)が円錐台の中心軸に沿って変化し続けるものとして説明した。しかし、縮径部11は、円錐台の中心軸に沿って径が変化し続ける区間(円錐台状区間)の前段及び後段の少なくとも何れか一方に、中心軸に沿って径が変化しない区間(円柱状区間)を更に備えていてもよい。このような円柱状区間は、一方の端面を介して円錐台状区間に連なっている。円柱状区間の他方の端面は、縮径部11の入射端面11a或いは出射端面11bをなす。

0053

(各GIファイバのレンズとしての開口数)
本発明の一態様に係るコンバイナにおいて、各GIファイバのうち少なくとも2本のGIファイバは、互いに異なるレンズとしての開口数NAを有する。コンバイナ10においては、GIファイバ141〜147の各々は、それぞれ、互いに異なるレンズとしての開口数NAを有するように構成されている。以下においては、レンズとしての開口数NAのことを単に開口数NAとも記載する。

0054

上記の構成によれば、縮径部11の入射端面11aには異なる開口数を有する光が入射される。そのため、コンバイナ10は、開口数が異なる出射光を出射することができる。すなわち、コンバイナは、出射光のビーム品質を制御することができる。

0055

また、コンバイナ10において、互いに等しい距離Ddifを有する領域、すなわち領域P2〜P7に結合されたGIファイバ142〜147の各々は、互いに異なるレンズとしての開口数NAを有する。

0056

図2を参照して後述するように、縮径部11に入射した光の開口数は、縮径部11を伝播する過程で増加する。その増加量は、距離Ddifが小さい領域P1に入射した光ほど小さく、距離Ddifが大きい領域P2〜P7に入射した光ほど大きくなる。言い方を代えると、互いに等しい距離Ddifを有する領域P2〜P7に結合された光の各々において、その開口数の増加量は等しい。以下において、例えば、領域P2に結合された光であって縮径部11の出射端面11bから出射される光のことを、領域P2に由来する光と呼ぶ。他の領域P1,P3〜P7に結合された光であって出射端面11bから出射される光の各々についても、それぞれ、領域P1,P3〜P7に由来する光と呼ぶ。

0057

上記の構成によれば、互いに等しい距離Ddifを有する複数の領域P2〜P7の各々に光を入射する場合であっても、開口数が異なる光を入射させることができる。そのため、GIファイバ142〜147の開口数NAが一定の場合と比べて、コンバイナ10は、縮径部11から出射する光の開口数NAを広い範囲で変化させることができる。

0058

また、コンバイナ10においては、最も小さい距離Ddifを有する領域P1に結合されたGIファイバ141は、他のGIファイバ142〜147より小さい開口数NAを有する。最も小さい距離Ddifを有する領域P1に対して、最も小さい開口数を有する光を結合させることができるため、コンバイナ10の出射可能な光の開口数をより小さくすることができる。したがって、コンバイナ10は、縮径部11から出射する光の開口数NAを更に広い範囲で変化させることができる。

0059

なお、コンバイナ10は、領域P2〜P7に接合されているGIファイバ142〜147の各々の開口数NAを同一にする構成を採用することもできる。この場合、縮径部11は、領域P2〜P7に結合された光の各々を同じ開口数NAを有する光として出射する。したがって、そのように構成されたコンバイナ10は、領域P1に由来する、開口数NAが小さく且つパワーも小さい光と、領域P2〜P7に由来する、開口数NAが大きく且つパワーも大きな光とを出射することができる。

0060

(各GIファイバの長さ)
GIファイバは、その長さLGIに応じて、出射する光の開口数を周期的に変化させる特性を有する。この1周期の長さを周期長Lsとして、(1)LGI=Ls×(2n−1/4)である場合に、GIファイバが出射する光の開口数は最小値となり、(2)LGI=Ls×2n/4である場合に、GIファイバが出射する光の開口数は最大値(GIファイバに入射した光のNAと同じ値)となる(図3参照)。以下において、出射する光の開口数が最小値となる長さLGI(=Ls×(2n−1/4))のことをGIファイバの最適長と呼ぶ。ここで、nは、正の整数である。長さLGIが最適長であるGIファイバは、コリメート光を出射する。

0061

コンバイナ10において、領域P1に由来する光の開口数をできる限り抑制するために、領域P1に接続されるGIファイバ141の長さLGIは、最適長に近いことが好ましい。本実施形態においては、GIファイバ141の長さLGIとして最適長(Ls/4)を採用している(図2の(b)参照)。

0062

この構成によれば、コンバイナ10が出射する光のうち最も小さな開口数を有する光の開口数を更に抑制することができる。したがって、縮径部11から出射する光の開口数の範囲を小さい方向へ更に広げることができる。

0063

また、コンバイナ10において、領域P2〜P7に由来する光のうち何れかの光の開口数をできる限り大きくするために、領域P2〜P7の何れかに接続されるGIファイバ(GIファイバ142〜147の何れか)の長さLGIは、Ls×2n/4に近いことが好ましい。本実施形態においては、GIファイバ147の長さLGIとして、Ls/2を採用している(図2の(b)参照)。

0064

この構成によれば、コンバイナ10は、GIファイバの特性を最大限に利用して開口数NAが大きな光を出射することができる。したがって、縮径部11から出射する光の開口数の範囲を大きい方向へ更に広げることができる。

0065

さらに、GIファイバ142〜146の各々の長さLGIは、GIファイバ141の長さLGIより長く、且つ、GIファイバ147の長さLGI以下である範囲内において、所望の開口数NAに応じて適宜定めることができる。本実施形態においては、Ls/4からLs/2までの範囲を6等分した場合の長さを、GIファイバ142〜146の各々の長さLGIとして採用している。すなわち、GIファイバ142〜146の各々の長さLGIとして、それぞれ、Ls×7/24、Ls×8/24、Ls×9/24、Ls×10/24、Ls×11/24を採用している。

0066

この構成によれば、縮径部11から出射する光の開口数の範囲を均等に変化させることができる。

0067

なお、GIファイバ141〜147の各々は、製造公差の範囲内で同じ屈折率分布を有することが好ましい。製造公差の範囲内で同じ屈折率分布を有するGIファイバ141〜147は、市販されているGIファイバを所定の長さに切り出すことによって製造することができる。したがって、開口数NAが異なるGIファイバ141〜147の各々を屈折率が異なるGIファイバを用いて製造する場合と比較して、容易に製造することができる。

0068

仮想ビーム径
ここでは、図2を参照して、光の開口数に大きな影響を与える仮想ビーム径の概念について説明する。

0069

図2の(a)は、縮径部11の入射端面11aにおける領域P1に対して光L1を入射した状態を示す。図2の(b)は、入射端面11aにおける領域P5に対して光L2を入射した状態を示す。なお、ここでは、光L1及び光L2の各々は、何れもコリメート光である。

0070

図2に図示した縮径部11の断面の形状は、入射端面11a及び出射端面11bを底辺とする等脚台形である。その等脚台形の2つの斜辺をそれぞれ斜辺11c,11dと称する。斜辺11cと出射端面11bの法線とのなす角、及び、斜辺11dと出射端面11bの法線とのなす角は、何れもθ0である。

0071

光L1において、光L1の中心軸は、出射端面11bの中心C2を通る。この場合、図2の(a)に示すように、光L1の仮想ビーム径DL1は、光L1の幅と等しい。

0072

光L2における仮想ビーム径は、以下のように導出することができる。

0073

(1)縮径部11の内部に延ばした光L2の延長線のうち、出射端面11bから遠い側(y軸負方向側)の延長線を延長線L2eとする。

0074

(2)延長線L2eと縮径部11の斜辺11dとの交点を交点I2aとする。

0075

(3)交点I2aを通り、且つ、入射端面11a及び出射端面11bと平行な直線LI2を引く。

0076

(4)直線I2bと縮径部11の斜辺11cとの交点を交点I2bとする。

0077

(5)交点I2aと交点I2bとの距離を仮想ビーム径DL2とする。

0078

以上の導出方法から明らかなように、入射端面11aに結合される光のうち、最小仮想ビーム径Dminを有する光は、光L1である。一方、光の中心軸が縮径部11の中心軸(中心C1と中心C2とを結んだ軸)から離れれば離れるほど、すなわち、距離Ddifが大きくなればなるほど、その光の仮想ビーム径は、大きくなる。領域P2〜P7の各々における距離Ddifは、何れも等しく、且つ、領域P1における距離Ddifよりも大きい。そのため、領域P2〜P7の各々に入射された光の仮想ビーム径は、それぞれ、仮想ビーム径DL2と等しい。

0079

縮径率
出射端面11bの直径Doutを上述した仮想ビーム径を用いて、ある領域に入射された光に対する縮径率を定義することができる。縮径率は、出射端面11bの直径Doutを仮想ビーム径で割ることにより得られる。すなわち、領域P1に入射された光L1の縮径率は、Dout/DL1であり、領域P5に入射された光L2の縮径率は、Dout/DL2である(領域P2〜P4及び領域P6〜P7に入射された光についても同様)。

0080

この縮径率は、縮径部11を伝播したときに光の開口数が増加する度合いを表す指標である。縮径部11を伝播したときに、縮径率が小さい光ほど開口数NAが増加する度合いは小さく、縮径率が大きい光ほど開口数NAが増加する度合いは大きい。

0081

コンバイナ10においては、縮径率が小さい光が入射される領域に開口数NAが小さなGIファイバを接合し、縮径率が大きな光が入射される領域に開口数NAが大きなGIファイバを接合する。したがって、コンバイナ10は、縮径部から出射する光の開口数を広い範囲で変化させることができる。

0082

(GIファイバの開口数NAの一例)
GIファイバ141〜147における開口数NAの長さLGI依存性を図3に示す。GIファイバ141〜147において、非屈折率差Δは0.055であり、有効レンズ径は100μmである。また、GIファイバ141〜147に融着されているFMF121〜127のモードフィールド径は、20μmである。

0083

図3を参照すれば、GIファイバ141〜147の開口数NAは、長さLGIに応じて周期的に変化する。GIファイバ141〜147の周期長Lsは、Ls=10.4mmである。したがって、GIファイバ141の長さLGIは、Ls/4=2.6mmであり、GIファイバ147の長さLGIは、Ls/2=5.2mmである。

0084

このように、予めGIファイバ141〜147における開口数NAと長さLGIとの相関関係を取得しておくことにより、所望の開口数NAを得ることができる長さLGIを容易に決定することができる。

0085

なお、本実施形態において、入射ファイバ束12は、7本の入射ファイバ(FMF121〜FMF127)により構成されている。しかし、入射ファイバ束12を構成する入射ファイバの数は、任意である。GIファイバ束14を構成するGIファイバの数は、入射ファイバ束12を構成する入射ファイバの数と同数であるため、一義的に定まる。例えば、入射ファイバ束12を構成する入射ファイバの数は、2本であってもよいし、3本であってもよいし、19本であってもよい。

0086

〔第2の実施形態〕
本発明の第2の実施形態に係るコンバイナ10Aについて、図4を参照して説明する。図4の(a)は、コンバイナ10Aの斜視図である。図4の(b)は、コンバイナ10Aが備えている縮径部11Aの入射端面11Aaを平面視した場合に得られる平面図である。この平面図は、入射端面11Aaを図4に示した座標軸におけるz軸負方向側から見ることによって得られる。

0087

コンバイナ10Aは、図1に示したコンバイナ10が備えている、縮径部11を縮径部11Aに置換し、入射ファイバ束12を入射ファイバ束12Aに置換し、GIファイバ束14をGIファイバ束14Aに置換することによって得られる。

0088

図4の(a)に示すように、入射ファイバ束12Aは、2本のFMF121A,122Aにより構成されている。同様に、GIファイバ束14Aは、2本のGIファイバ141A,142Aにより構成されている。なお、GIファイバ141A,142Aの各々は、製造公差の範囲内で同じ屈折率分布を有するGIファイバロールから切り出されている。

0089

GIファイバ141Aのレンズとしての開口数NAは、GIファイバ142Aのレンズとしての開口数NAよりも小さい。

0090

開口数NAのこの大小関係を実現するために、GIファイバ141A,142Aの各々は、互いに異なる長さを有する。本実施形態において、GIファイバ141Aの長さLGIは、コリメートされた光を出射する最適長(Ls/4)に定められており、GIファイバ142Aの長さLGIは、最適長よりも長くLs/2以下である長さに定められている。

0091

縮径部11Aは、入射端面11Aaと出射端面11Abとを有しており、縮径部11と同様の形状を有する。しかし、縮径部11Aは、縮径部11と比較して、入射端面11Aaに対して接続されているGIファイバの数が異なる。入射端面11Aaには、上述した2本のGIファイバ141A,142Aが接合されている。入射端面11Aaにおいて、GIファイバ141A,142Aの各々が接続されている領域を、それぞれ、領域P1A,P2Aと呼ぶ。

0092

図4の(b)に示すように、領域P1Aの中心CP1A及び領域P2Aの中心CP2Aは、入射端面11Aaの中心C1Aを通る1つの直線上(図4に図示する座標系のy軸上)に配置されている。なお、縮径部11Aの入射端面11Aaを平面視した場合、出射端面11Abの中心C2Aは、中心C1Aと一致している。

0093

本実施形態において、領域P1Aにおける距離Ddifと、領域P2Aにおける距離Ddifとは、互いに等しい。このため、縮径部11Aを伝播する過程で増加する光の開口数の増加量は、領域P1Aに入射された光及び領域P2Aに入射された光の各々において等しい。

0094

しかしながら、GIファイバ141A,142Aの各々の開口数NAが異なるため、領域P1Aに入射された光の開口数及び領域P2Aに入射された光の開口数の各々は異なる。その結果として、コンバイナ10Aは、異なる開口数を有する2つの光、すなわち、小さな開口数を有する領域P1Aに由来する光及び大きな開口数を有する領域P2Aに由来する光を出射することができる。以上のように、コンバイナ10Aは、互いに等しい距離Ddifを有する複数の領域(領域P1A,P2A)に光を入射する場合であっても、開口数が異なる出射光を出射することができる。

0095

〔実施例〕
本発明の第1〜第3の実施例であるコンバイナ10B〜10Dについて、図5を参照して説明する。図5の(a)は、コンバイナ10B〜10Dが備えている縮径部11Bの斜視図である。図5の(b)は、縮径部11Bの入射端面11Baを平面視した場合に得られる平面図である。この平面図は、縮径部11Bを図5に図示した座標軸におけるz軸負方向側から見ることによって得られる。

0096

コンバイナ10B〜10Dの各々は、図1に示したコンバイナ10が備えている縮径部11を、図5の(a)に示す縮径部11Bに置換することによって得られる。なお、コンバイナ10B〜10Dの各々が備えている入射ファイバ束12は、図1の示したFMF121〜127のうち5本のFMF121〜125によって構成されている。また、コンバイナ10B〜10Dの各々が備えているGIファイバ束14は、図1に示したGIファイバのうち5本のGIファイバ141〜145によって構成されている。縮径部11Bの出射端面11Bbに出射ファイバ13が結合されている点は、コンバイナ10と同様である。

0097

図5の(b)に示すように、領域P1Bは、入射端面11Baの中心C1Bを含む。コンバイナ10B〜10Dにおいて、入射端面11Baを平面視した場合、領域P1Bの中心CP1Bと、入射端面11Baの中心C1Bと、出射端面11Bbの中心C2Bとは、一致している。中心CP1は、GIファイバ141の中心に対応する。

0098

領域P1Bの周りには、領域P1Bを四方から取り囲む4つの領域(領域P2B〜P5B)が配置されている。領域P2B〜P5Bの各々の中心を、それぞれ、CP2B〜CP5Bと呼ぶ。領域P2Bは、GIファイバ142が接続される領域である。中心CP2Bは、入射端面11Baに接合されたGIファイバ142の中心に対応する。同様に、領域P3B〜P5Bの各々は、それぞれ、GIファイバ143〜145が接続される領域であり、中心CP3B〜CP7Bの各々は、それぞれ、入射端面11Baに接合されたGIファイバ143〜145の中心に対応する。領域P2B〜P5Bの各々は、領域P1の周りに、中心CP2B〜CP5Bが正方形の各頂点を成すように配置されている。

0099

FMF121の入射端面には、レーザ装置の一態様であるファイバレーザ装置が備えている出射ファイバが結合されている。FMF122〜125の各々の入射端面にも、FMF121の場合と同様に、個々のファイバレーザ装置が備えている出射ファイバが結合されている。

0100

縮径部11Bにおいて、入射端面11Baの直径Dinとして400μmを採用し、出射端面11Bbの直径Doutとして100μmを採用している。領域P1BにおいてDdif=0μmであり、領域P2B〜P5Bの各々において、Ddif=125μmを採用した。

0101

GIファイバ141〜147において、非屈折率差Δは0.055であり、有効レンズ径は100μmである。また、GIファイバ141〜147に融着されているFMF121〜127のモードフィールド径は、20μmである。GIファイバ141〜147は、図3に示した開口数NAの長さLGI依存性を有する。

0102

また、縮径部11Bの長さ(入射端面11Baから出射端面11Bbまで距離)として40mmを採用し、出射ファイバ13の長さとして10mmを採用した。

0103

(コンバイナ10B)
以下の表1に示すように、コンバイナ10Bにおいて、領域P1B〜P3Bの各々に結合されたGIファイバ141〜143の開口数NAとして、NA=0.01を採用した。また、領域P4Bに結合されたGIファイバ144の開口数NAとして、NA=0.15を採用し、領域P5Bに結合されたGIファイバ145の開口数NAとして、NA=0.18を採用した。

0104

なお、NA=0.01を得るためにGIファイバ141〜143の長さLGIをLGI=2.6mmとし、NA=0.015を得るためにGIファイバ144の長さLGIをLGI=3.0mmとし、NA=0.018を得るためにGIファイバ145の長さLGIをLGI=3.3mmとした。

0105

なお、コンバイナ10Bにおいて、領域P3BにはGIファイバ143及びFMF123を結合させているものの、FMF123に結合されたファイバレーザ装置は、発振させていない。

0106

領域P1B〜P2B,P4B〜P5Bの各領域に各ファイバレーザ装置から光を入射した場合に得られた、コンバイナ10Bの出射光の開口数を表1に示す。ここで、各ファイバレーザ装置の出力は何れも等しい。すなわち、領域P1B〜P2B,P4B〜P5Bの各領域に対して、等しい出力の光を入射した。なお、表1及び後述する表2〜4に記載した出射光の開口数は、86.5%NAとして知られているものである。86.5%NAは、出射光の全出力のうち86.5%の出力が含まれている発散角を用いて算出された開口数である。

0107

0108

コンバイナ10Bは、開口数が0.043以上0.078以下である出射光を出射することができた。例えば、開口数が0.043であるビーム品質が高い出射光を得たい場合には、領域P1Bに対して間接的に結合されているファイバレーザ装置(領域P1Bに対してFMF121及びGIファイバ141を介して結合されているファイバレーザ装置)を発振させればよい。この0.043以上0.078以下という開口数の範囲は、後述する比較例であるコンバイナ110によって得られる出射光の開口数の範囲と比較して広い。

0109

また、開口数が0.078であるビーム品質が低い出射光を得たい場合には、領域P5Bに対して間接的に結合されているファイバレーザ装置を発振させればよい。また、ビーム品質が低い出射光であって、高出力な出射光を得たい場合には、領域P4B,P5Bの各々に対して間接的に結合されているファイバレーザ装置を発振させればよい。これにより、開口数が0.071であり、領域P5Bのみに光を入射させた場合と比較して約2倍の出力を有する出力光を得ることができる。

0110

また、開口数が0.65であるビーム品質が中程度である出射光を用いたい場合には、領域P4Bに間接的に結合されているファイバレーザ装置を発振させればよい。また、ビーム品質が中程度な出射光であって、高出力な出射光を得たい場合には、領域P1B,P4B,P5Bの各々に対して間接的に結合されているファイバレーザ装置を発振させればよい。これにより、開口数が0.065であり、領域P4Bのみに光を入射させた場合と比較して約3倍の出力を有する出力光を得ることができる。

0111

(コンバイナ10C)
以下の表2に示すように、コンバイナ10Cにおいて、領域P1Bに結合されたGIファイバ141の開口数NAとして、NA=0.01を採用した。また、領域P2B〜P5Bの各々に結合されたGIファイバ142〜145の開口数NAとして、NA=0.015を採用した。

0112

なお、NA=0.01を得るためにGIファイバ141の長さLGIをLGI=2.6mmとし、NA=0.015を得るためにGIファイバ142〜145の長さLGIをLGI=3.0mmとした。

0113

領域P1B〜P5Bの各領域に各ファイバレーザ装置から光を入射した場合に得られた、コンバイナ10Cの出射光の開口数を表2に示す。ここで、各ファイバレーザ装置の出力は何れも等しい。すなわち、領域P1B〜P5Bの各領域に対して、等しい出力の光を入射した。

0114

0115

コンバイナ10Cは、開口数が0.043以上0.062以下である出射光を出射することができた。このように、領域P2B〜P5Bの全ての領域に開口数NAが0.015であるGIファイバ142〜145を接続することによって、幅広い開口数を有する出射光を得られつつ、様々な出力を有する出射光を得ることができた。

0116

(コンバイナ10D)
以下の表3に示すように、コンバイナ10Dにおいて、領域P1Bに結合されたGIファイバ141の開口数NAとして、NA=0.01を採用した。また、領域P2B〜P5Bの各々に結合されたGIファイバ142〜145の開口数NAとして、NA=0.018を採用した。

0117

なお、NA=0.01を得るためにGIファイバ141の長さLGIをLGI=2.6mmとし、NA=0.018を得るためにGIファイバ142〜145の長さLGIをLGI=3.3mmとした。

0118

領域P1B〜P5Bの各領域に各ファイバレーザ装置から光を入射した場合に得られた、コンバイナ10Dの出射光の開口数を表3に示す。ここで、各ファイバレーザ装置の出力は何れも等しい。すなわち、領域P1B〜P5Bの各領域に対して、等しい出力の光を入射した。

0119

0120

コンバイナ10Dは、開口数が0.043以上0.073以下である出射光を出射することができた。このように、領域P2B〜P5Bの全ての領域に開口数NAが0.018であるGIファイバ142〜145を接続することによって、幅広い開口数を有する出射光を得られつつ、様々な出力を有する出射光を得ることができた。

0121

なお、コンバイナ10B〜10Dの各々においては、各領域P1B〜P5Bに結合させる入射光の出力を変化させることによっても、出射光の開口数を変化させることができた。例えば、コンバイナ10Dの領域P1B及び領域P2Bに入射光を入射させる場合(表3の上から2行目に示した場合)において、領域P2Bに入射させる光の出力を2倍、3倍、4倍と変化させることによって、0.064だった出射光の開口数を0.069、0.072、0.073と変化させることができた。

0122

〔比較例〕
コンバイナ10B〜10Dの比較例であるコンバイナ110について以下に説明する。コンバイナ110は、コンバイナ10B〜10Dが備えているGIファイバ141〜GIファイバ145の開口数NAを全てNA=0.01とすることによって得られる。すなわち、コンバイナ110が備えているGIファイバ141〜145の開口数NAは、全て同じである。

0123

領域P1B〜P5Bの各領域に各ファイバレーザ装置から光を入射した場合に得られた、コンバイナ110の出射光の開口数を表4に示す。ここで、各ファイバレーザ装置の出力は何れも等しい。すなわち、領域P1B〜P5Bの各領域に対して、等しい出力の光を入射した。

0124

0125

コンバイナ110は、開口数が0.043以上0.046以下である出射光を出射することができた。表1〜表3に示したコンバイナ10B〜10Dの結果と比較すれば、コンバイナ110によって得られた出射光の開口数の変化幅は、狭い。0.043以上0.046以下という開口数の変化幅は、例えば切断及び溶接という異なる用途をカバーするためには狭すぎる。

0126

なお、特許文献1に記載された光ファイバコンバイナは、長さが等しい複数のGIファイバを備えており、コンバイナ110と同様の構成を有する。しかし、光ファイバコンバイナにおいては、全てのGIファイバから縮径部に入射光を結合させることを想定しているため、出射光の開口数を実質的に変化させることができない。

0127

表1〜表3に示したように、コンバイナ10B〜10Dは、コンバイナ110よりも幅広い範囲において出射光の開口数を変化させることができた。コンバイナ10B〜10Dによって得られた出射光の開口数の変化幅は、例えば切断及び溶接という異なる用途を十分にカバーすることができる。このように、コンバイナ10B〜10Dは、コンバイナ110よりも幅広い範囲において出射光のビーム品質を制御することができた。

0128

〔第3の実施形態〕
本発明の第3の実施形態に係るファイバレーザシステム1について、図6を参照して説明する。図6は、ファイバレーザシステム1の構成を示すブロック図である。図6に示すように、ファイバレーザシステム1(請求の範囲に記載のレーザシステム)は、第1の実施形態に記載したコンバイナ10と、7台のファイバレーザ装置50a〜50gと、レーザヘッド60とを備えている。

0129

ファイバレーザ装置50a〜50gの各々は、レーザ光を生成するための構成であり、レーザ装置の一態様である。本実施形態におけるレーザ装置は、ファイバレーザ装置に限定されるものではない。ファイバレーザ装置50a〜50gの各々は、同様に構成されている。ここでは、ファイバレーザ装置50aを例に、その構成を説明する。ファイバレーザ装置50aにて生成されたレーザ光は、コンバイナ10に入力され、他のファイバレーザ装置50b〜50gにて生成されたレーザ光と合波される。コンバイナ10において合波されたレーザ光は、レーザヘッド60を介して図示しないワークピース加工対象物)に対して照射される。

0130

ファイバレーザ装置50aは、電流源(図示せず)、10個のレーザダイオードLD1〜LD10、ポンプコンバイナ51、高反射ファイバブラッググレーティング(FBG)54、ダブルクラッドファイバ(DCF)52、低反射ファイバブラッググレーティング(FBG)55、及びデリバリファイバ53a(請求の範囲に記載の出射ファイバ)により構成することができる。なお、レーザダイオードの数は10個に限定されるものではなく、任意である。

0131

各レーザダイオードLD1〜LD10は、ポンプ光を生成するための構成である。各レーザダイオードLD1〜LD10は、ポンプコンバイナ51の入力ポートに接続されており、各レーザダイオードLD1〜LD10にて生成されたポンプ光は、ポンプコンバイナ51に入力される。

0132

ポンプコンバイナ51は、レーザダイオードLD1〜LD10の各々にて生成されたポンプ光を合波することによって、合成ポンプ光を得るための構成である。ポンプコンバイナ51の出力ポートは、高反射FBG54を介してDCF52に接続されている。ポンプコンバイナ51にて得られた合成ポンプ光は、高反射FBG54を透過した後、DCF52のインナークラッドに入力される。

0133

DCF52は、ポンプコンバイナ51にて合波されたポンプ光をレーザ光に変換するための構成である。DCF52のコアには、Yb等の希土類元素が添加されており、ポンプコンバイナ51にて得られた合成ポンプ光は、この希土類元素を反転分布状態に維持するために利用される。DCF52は、入力端に接続された高反射FBG54及び出力端に接続された低反射FBG55と共に共振器を構成している。DCF52のコアにおいては、反転分布状態に維持された希土類元素が誘導放出を繰り返すことにより、レーザ光が生成される。DCF52の出力端は、低反射FBG55を介してコンバイナ10の入射ファイバ束12を構成するFMF121に接続されている。DCF52にて生成されたレーザ光のうち、低反射FBG55を透過したレーザ光は、ファイバレーザ装置50aに接続されたデリバリファイバ53aに入力され、ひいては、FMF121に入力される。

0134

同様に、ファイバレーザ装置50b〜50gの各々が備えているデリバリファイバ53b〜53gの各々は、入射ファイバ束12を構成するFMF122〜FMF127の各々に接続されている。

0135

コンバイナ10は、各ファイバレーザ装置50a〜50gから入射されたレーザ光を1つに合波し出力光を生成する。コンバイナ10の出射ファイバ13から出射される出力光は、レーザヘッド60に入力される。

0136

レーザヘッド60は、出射ファイバ13から入力された出力光がワークピースにより反射され、出射ファイバ13に再入射することを防止するための構成である。レーザヘッド60は、例えば、ガラスブロックと、このガラスブロックを収容する筐体とにより構成される。レーザヘッド60から出射された出力光は、ワークピースに照射される。

0137

コンバイナ10は、第1の実施形態において説明した通り、距離DdifとGIファイバ141〜147の長さLGIとに応じて、縮径部11から出射する光の開口数を広い範囲で変化させることができる。コンバイナ10を備えているファイバレーザシステム1においては、発振させるファイバレーザ装置をファイバレーザ装置50a〜50gの中から適宜選択することによって、所望の開口数NA(換言すればビーム品質)を有する出力光を得ることができる。

0138

なお、ファイバレーザ装置50a〜50gの中から選択するファイバレーザ装置の台数は、1台に限定されるものはない。例えば、コンバイナ10の代わりにコンバイナ10A(図5参照)を備えているファイバレーザシステム1の場合、(1)3台のファイバレーザ装置50b〜50dを選択することによって中程度の開口数NAを有し、且つ、パワーが高い出力光を得ることができ、(2)3台のファイバレーザ装置50e〜50gを選択することによって大きな開口数NAを有し、且つ、パワーが高い出力光を得ることができる。もちろん、それほど高い出力光のパワーを必要としない場合には、上述した3台のファイバレーザ装置のうち2台を選択してもよいし、1台を選択してもよい。

0139

以上のように、ファイバレーザシステム1は、出射光の開口数(換言すればビーム品質)を制御することができる。

0140

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

0141

1ファイバレーザシステム(レーザシステム)
10,10A,10B,10C,10Dコンバイナ
11,11A,11B縮径部
11a,11Aa,11Ba入射端面
11b,11Ab,11Bb出射端面
12,12A入射ファイバ束
121〜127フューモードファイバ(入射ファイバ)
121a〜127aコア
121b〜127bクラッド
13出射ファイバ
13a コア
13b クラッド
14,14AGIファイバ束
141〜147,141A〜147A GIファイバ
50a〜50gファイバレーザ装置(レーザ装置)
53a〜53g 出射ファイバ
LD1〜LD10 レーザダイオード

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