JP7213499B2 - optical coupler - Google Patents

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Description

本開示は、光結合器に関する。 The present disclosure relates to optical couplers.

ファイバレーザの高出力化のために、複数の励起光源からの励起光を結合させるための光結合器が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。高出力ファイバレーザでは、複数の励起光源からの励起光をレーザ媒体である光ファイバに入力し、レーザ発振させる。このとき、非特許文献１では、励起光源に接続された複数のファイバを束ねて溶着し、図１に示すように、テーパ状に延伸したテーパ部１１１に一体化した後、別の１本の光ファイバ１１２に接続し、励起出力光としていた。 An optical coupler for coupling pumping light from a plurality of pumping light sources has been proposed to increase the output power of fiber lasers (see, for example, Non-Patent Document 1). In a high-power fiber laser, pumping light from a plurality of pumping light sources is input into an optical fiber as a laser medium to cause laser oscillation. At this time, in Non-Patent Document 1, a plurality of fibers connected to an excitation light source are bundled and welded, and as shown in FIG. It was connected to an optical fiber 112 and used as an excitation output light.

途中にテーパ部１１１が形成されると、出力側の光は必ずその出射角度が入射角度よりも大きくなり、実効的にＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が大きくなる。このため出力側の光ファイバ１１２には入力側の光ファイバよりも大きなＮＡを持つ高ＮＡ光ファイバを用いなければならない。 If the tapered portion 111 is formed in the middle, the output angle of light on the output side will always be larger than the incident angle, effectively increasing the NA (Numerical Aperture). For this reason, a high-NA optical fiber having a larger NA than that of the input-side optical fiber must be used for the output-side optical fiber 112 .

またテーパ部１１１におけるテーパの傾斜はテーパ部１１１に接続する光ファイバの本数が多いほど大きくなる。一方でテーパ部１１１を長くすることは装置の小型化の要求に反する。このため、ファイバレーザの高出力化に伴い、テーパ部１１１の傾斜が大きくなり、出力側のＮＡがさらに大きくなる問題がある。 Further, the taper inclination of the tapered portion 111 increases as the number of optical fibers connected to the tapered portion 111 increases. On the other hand, increasing the length of the tapered portion 111 goes against the demand for miniaturization of the device. Therefore, as the output power of the fiber laser increases, the inclination of the tapered portion 111 increases, and there is a problem that the NA on the output side further increases.

しかし、石英中に含有させるＧｅなどの添加量には限界があり、高ＮＡ光ファイバの高ＮＡ化には限界がある。このため、接続する励起光源の数が限られ、励起出力を大きくできない問題があった。この問題は、ファイバレーザの高出力化のために限らず、１対多又は多対多の光分岐結合においても生じている。 However, there is a limit to the amount of Ge or the like that can be added to quartz, and there is a limit to increasing the NA of a high-NA optical fiber. Therefore, there is a problem that the number of pumping light sources to be connected is limited and the pumping output cannot be increased. This problem arises not only in high output fiber lasers but also in one-to-many or many-to-many optical branching and coupling.

大槻朋子「ファイバレーザ特性限界を広げる特殊ファイバ技術」、高温学会誌、第３５巻、第４号、ｐｐ．１５７～１６１（２００９）Tomoko Otsuki, "Special fiber technology that expands the limit of fiber laser characteristics", Journal of High Temperature Society, Vol. 35, No. 4, pp. 157-161 (2009)

本開示は、特段に高いＮＡを有する光ファイバを用いることなく、１対多又は多対多の光分岐結合が可能な光結合器を実現することを目的とする。特に、本開示は、特段に高いＮＡを有する光ファイバを用いることなく、励起出力光に用いる励起光源の数の増加が可能になる光結合器を実現することを目的とする。 An object of the present disclosure is to realize an optical coupler capable of one-to-many or many-to-many optical branching and coupling without using an optical fiber having a particularly high NA. In particular, the present disclosure aims to realize an optical coupler that enables an increase in the number of pump light sources used for pump output light without using an optical fiber having a particularly high NA.

本開示の光結合器は、
複数の光ファイバから出射された複数の光が屈折率分布型レンズの一端から入射され、前記屈折率分布型レンズの他端に接続された１本の光ファイバに前記複数の光を出射する集光部と、
前記集光部と前記複数の光ファイバの間に配置され、屈折率分布型レンズを用いて前記複数の光ファイバからの光を平行光に変換し、前記集光部に備わる屈折率分布型レンズの前記一端に入射する複数の平行光生成部と、
を備える。The optical coupler of the present disclosure is
A plurality of lights emitted from a plurality of optical fibers are incident from one end of a gradient index lens, and the plurality of lights are emitted to one optical fiber connected to the other end of the gradient index lens. an optical part;
a gradient index lens disposed between the light collecting unit and the plurality of optical fibers, converting the light from the plurality of optical fibers into parallel light using a gradient index lens, and provided in the light collecting unit; a plurality of parallel light generators incident on the one end of the
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本開示は、特段に高いＮＡを有する光ファイバを用いることなく、１対多又は多対多の光分岐結合が可能な光結合器を実現することができる。特に、本開示は、特段に高いＮＡを有する光ファイバを用いることなく、励起出力光に用いる励起光源の数の増加が可能になるため、ファイバレーザを高出力化することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure can realize an optical coupler capable of one-to-many or many-to-many optical branching and coupling without using an optical fiber having a particularly high NA. In particular, the present disclosure makes it possible to increase the number of pumping light sources used for pumping output light without using an optical fiber having a particularly high NA, so that it is possible to increase the output of a fiber laser.

関連技術を用いた場合の光路の一例。An example of an optical path when using related technology. 第１の実施形態に係る光結合器の一例を示す。1 shows an example of an optical coupler according to a first embodiment; 本開示における集光部のパラメータの一例を示す。4 shows an example of the parameters of the condensing section in the present disclosure; テーパ部からの出射角の一例を示す。An example of the output angle from the tapered portion is shown. 第１の実施形態における集光部での伝搬光の光路の一例を示す。1 shows an example of an optical path of propagating light in a condensing section in the first embodiment. 集光部の出射端面での各伝搬光の分布の第１例を示す。A first example of the distribution of each propagating light on the exit end face of the condensing section is shown. 集光部の出射端面での各伝搬光の分布の第２例を示す。A second example of the distribution of each propagating light on the exit end face of the condensing section is shown. 集光部の出射端面での各伝搬光の分布の第３例を示す。3 shows a third example of the distribution of each propagating light on the exit end face of the condensing part. 平行光生成部の配置の第１例を示す。A first example of the arrangement of parallel light generators is shown. 平行光生成部の配置の第２例を示す。A second example of the arrangement of parallel light generators is shown. 第２の実施形態に係る光結合器の一例を示す。1 shows an example of an optical coupler according to a second embodiment. キャピラリ内への平行光生成部の配置例を示す。An example of arrangement of a parallel light generator in a capillary is shown. 第２の実施形態に係る光結合器の変形例を示す。4 shows a modification of the optical coupler according to the second embodiment. 第３の実施形態に係る光結合器の一例を示す。1 shows an example of an optical coupler according to a third embodiment; 第３の実施形態における平行光生成部の配置例を示す。FIG. 11 shows an arrangement example of parallel light generators in the third embodiment. FIG. 集光部の出射端面での各伝搬光の分布の一例を示す。An example of the distribution of each propagating light on the exit end face of the condensing part is shown. 第４の実施形態に係る光結合器の第１例を示す。4 shows a first example of an optical coupler according to a fourth embodiment; 第４の実施形態に係る光結合器の第１例での伝搬光の光路の一例を示す。An example of an optical path of propagating light in the first example of the optical coupler according to the fourth embodiment is shown. 第４の実施形態におけるキャピラリ内への平行光生成部の第１の配置例を示す。FIG. 11 shows a first arrangement example of a parallel light generator in a capillary according to the fourth embodiment; FIG. 第４の実施形態におけるキャピラリ内への平行光生成部の第２の配置例を示す。FIG. 12 shows a second arrangement example of the parallel light generator in the capillary according to the fourth embodiment; FIG. 第４の実施形態に係る光結合器の第２例を示す。FIG. 12 shows a second example of an optical coupler according to the fourth embodiment; FIG. 第４の実施形態に係る光結合器の第２例での伝搬光の光路の一例を示す。An example of an optical path of propagating light in the second example of the optical coupler according to the fourth embodiment is shown. 第５の実施形態に係る光結合器の一例を示す。10 shows an example of an optical coupler according to a fifth embodiment; 第６の実施形態に係る光結合器の一例を示す。11 shows an example of an optical coupler according to a sixth embodiment; 集光部の出射端面での各伝搬光の分布の一例を示す。An example of the distribution of each propagating light on the exit end face of the condensing part is shown. 第７の実施形態に係る光結合器の一例を示す。11 shows an example of an optical coupler according to a seventh embodiment;

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to the embodiments shown below. These implementation examples are merely illustrative, and the present disclosure can be implemented in various modified and improved forms based on the knowledge of those skilled in the art. In addition, in this specification and the drawings, constituent elements having the same reference numerals are the same as each other.

（第１の実施形態）
図２に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。本実施形態に係る光結合器は、集光部１１、平行光生成部１３を備える。集光部１１の一端に配置されている端面１１Ａに平行光生成部１３が接続され、集光部１１の他端に配置されている端面１１Ｂに光ファイバ１２が接続される。平行光生成部１３は、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズの光軸から予め定められた距離の位置に接続されている。光ファイバ１２は集光部１１に備わる屈折率分布型レンズの光軸に接続される。光ファイバ１４は平行光生成部１３に備わる屈折率分布型レンズの光軸に接続される。各光ファイバ１４は励起光源１５に接続される。これらの接続は、接着剤や溶融接続を用いてもよい。(First embodiment)
FIG. 2 shows an example of an optical coupler according to this embodiment. The optical coupler according to this embodiment includes a condensing section 11 and a parallel light generating section 13 . The parallel light generating section 13 is connected to the end surface 11A arranged at one end of the condensing section 11, and the optical fiber 12 is connected to the end surface 11B arranged at the other end of the condensing section 11. FIG. The parallel light generator 13 is connected at a predetermined distance from the optical axis of the gradient index lens provided in the light collector 11 . The optical fiber 12 is connected to the optical axis of a gradient index lens provided in the light condensing section 11 . The optical fiber 14 is connected to the optical axis of the gradient index lens provided in the parallel light generator 13 . Each optical fiber 14 is connected to an excitation light source 15 . These connections may use adhesives or fusion connections.

各励起光源１５は、レーザ発振に用いられる励起光を発生する。各励起光源１５からの励起光は、光ファイバ１４で伝搬され、平行光生成部１３に入射される。平行光生成部１３は、屈折率分布型レンズを用いて光ファイバ１４からの光を平行光に変換する。集光部１１は、屈折率分布型レンズを用いて平行光生成部１３からの平行光を光ファイバ１２に集光する。これにより、本開示は、複数の励起光を光ファイバ１２から励起出力光として取り出すことができる。 Each excitation light source 15 generates excitation light used for laser oscillation. Pumping light from each pumping light source 15 is propagated through the optical fiber 14 and enters the parallel light generator 13 . The parallel light generator 13 converts the light from the optical fiber 14 into parallel light using a gradient index lens. The condensing unit 11 converges the parallel light from the parallel light generating unit 13 onto the optical fiber 12 using a gradient index lens. This allows the present disclosure to extract multiple pump lights from the optical fiber 12 as pump output lights.

図３に示すように、集光部１１の中心屈折率をｎ０とし、集光部１１の屈折率分布係数をｇとし、集光部１１のレンズ長をｚとし、集光部１１への入射光の光軸ＯＡ１１からの距離をｒ０とし、集光部１１の端面１１Ａへの入射光ＰＬ１３の入射角をθ０とすると、集光部１１の端面１１Ｂからの出射角θ１は、式（１）より求められる。

Figure 0007213499000001
As shown in FIG. 3, the central refractive index of the light collecting portion 11 is n0 , the refractive index distribution coefficient of the light collecting portion 11 is g, the lens length of the light collecting portion 11 is z, and the light to the light collecting portion 11 is Assuming that the distance from the optical axis OA 11 of the incident light is r 0 and the incident angle of the incident light PL 13 onto the end surface 11A of the light collecting section 11 is θ 0 , the exit angle θ 1 from the end surface 11B of the light collecting section 11 is is obtained from the formula (1).
Figure 0007213499000001

式（１）より、入射角θ０が０°で、ｚ＝１／４ピッチでの出射光の出射角θ１は式（２）で導出される。

Figure 0007213499000002
From equation (1), when the incident angle θ 0 is 0°, the output angle θ 1 of the emitted light at z=1/4 pitch is derived by equation (2).
Figure 0007213499000002

たとえば、集光部１１として、レンズ径Ｄ１１＝０．４ｍｍ、ｇ＝０．８ｍｍ－１、中心屈折率ｎ０＝１．４７、レンズ長ｚ＝（１／４ピッチ＝２π／ｇ／４）＝１．５７ｍｍを用いて、コア径０．０５ｍｍの光ファイバ１２に出射する場合、集光部１１の光軸ＯＡ１１から距離ｒ０＝０．２ｍｍの位置に、入射角θ０＝０°で平行光生成部１３を並べる場合を考える。この場合、式（２）にレンズパラメータを代入すると、出射角θ１は１３．５°となる。For example, as the condensing part 11, the lens diameter D 11 =0.4 mm, g=0.8 mm −1 , the central refractive index n 0 =1.47, the lens length z=(1/4 pitch=2π/g/4 )=1.57 mm, and emitted to the optical fiber 12 having a core diameter of 0.05 mm, the incident angle θ 0 = 0 Consider a case in which the parallel light generators 13 are arranged at an angle of . In this case, substituting the lens parameters into equation ( 2 ), the output angle θ1 becomes 13.5°.

一方、図１に示すようなテーパ部１１１により集光する場合、図４に示すように、端面１１１Ａから入射角０°で入射され、テーパ部１１１内で２回反射された光の端面１１１Ｂからの出射角は、テーパ角θＴの４倍となる。このため、本開示に係る集光部１１と同様に、端面１１１Ａにおけるテーパ部１１１の光軸ＯＡ１１１から０．２ｍｍの位置に入射角０°で入射された光は、テーパ部１１１内での反射回数が２回であり、テーパ角θＴが５°であったとしても、端面１１１Ｂから約２０°の出射角で出射される。On the other hand, when light is collected by the tapered portion 111 as shown in FIG. 1, as shown in FIG. is four times the taper angle θT . Therefore, as in the light condensing section 11 according to the present disclosure, light incident at a position 0.2 mm from the optical axis OA 111 of the tapered section 111 on the end surface 111A at an incident angle of 0° Even if the number of reflections is two and the taper angle θ T is 5°, the light is emitted from the end face 111B at an output angle of about 20°.

このように、関連技術に係るテーパを用いた場合の端面１１１Ｂからの出射角は、テーパ部１１１内での反射回数が２回であっても、本開示に係る屈折率分布型レンズを用いた集光部１１よりも大きくなる。さらに、多数の励起光源を実装する場合、端面１１１Ａの面積が大きくなり、テーパ部１１１での反射回数がさらに増えるため、端面１１１Ｂからの出射角は急激に大きくなる。このため、多数の励起光源を実装する場合、端面１１１Ｂに接続する光ファイバのＮＡは、実用上使用できないほどにまで大きくなってしまう。 In this way, even if the number of reflections in the tapered portion 111 is two, the output angle from the end surface 111B when using the taper according to the related technology is It becomes larger than the condensing part 11 . Furthermore, when a large number of excitation light sources are mounted, the area of the end surface 111A increases, and the number of reflections on the tapered portion 111 further increases, so the output angle from the end surface 111B sharply increases. Therefore, when mounting a large number of excitation light sources, the NA of the optical fiber connected to the end surface 111B becomes so large that it cannot be used practically.

本開示は、集光部１１に屈折率分布型レンズを用いているため、集光部１１からの出射角はテーパを用いた場合の出射角に比べて小さく、光ファイバ１２に特段に高ＮＡ光ファイバを用いる必要はない。このため、本開示における光ファイバ１２のＮＡは、集光部１１と同じにすることができる。また、光ファイバ１４の数が増えても、集光部１１からの出射角が大きくならない。なお、本開示における光ファイバ１２のＮＡは、集光部１１よりも高くてもよい。 In the present disclosure, since a gradient index lens is used in the light collecting section 11, the output angle from the light collecting section 11 is smaller than the output angle when a taper is used, and the optical fiber 12 has a particularly high NA. There is no need to use optical fibers. Therefore, the NA of the optical fiber 12 in the present disclosure can be the same as that of the condensing section 11 . In addition, even if the number of optical fibers 14 increases, the angle of emergence from the condensing section 11 does not increase. Note that the NA of the optical fiber 12 in the present disclosure may be higher than that of the condensing section 11 .

ここで、光ファイバ１２及び１４は、高出力光を伝搬可能なものが好ましい。例えばマルチモード光ファイバを用いることが好ましい。また、光ファイバ１２及び１４のコア径は任意であるが、例えば５０μｍ、６２．５μｍ、１００μｍなどの一度に多くの光エネルギーを伝送することが可能な大口径光ファイバが用いられる。光ファイバ１４のコア径は共通であってもよいが、図１５で後述するように、本開示はこれに限定されない。 Here, the optical fibers 12 and 14 are preferably those capable of propagating high-output light. For example, it is preferable to use a multimode optical fiber. The core diameters of the optical fibers 12 and 14 are arbitrary, but large-diameter optical fibers such as 50 μm, 62.5 μm, and 100 μm, which can transmit a large amount of light energy at once, are used. The optical fibers 14 may have a common core diameter, but the present disclosure is not limited to this, as will be described later with reference to FIG. 15 .

また、光ファイバ１２は、ダブルクラッドファイバなどの光ファイバ増幅器に用いられる任意の光ファイバであってもよい。これにより、励起光を増幅用の光ファイバ１２に直接入射させ、反射膜や光ファイバ１２に挿入したＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いてレーザ発振させることができる。 The optical fiber 12 may also be any optical fiber used in optical fiber amplifiers, such as a double-clad fiber. As a result, pumping light can be directly incident on the optical fiber 12 for amplification, and laser oscillation can be performed using a reflective film or FBG (Fiber Bragg Grating) inserted in the optical fiber 12 .

集光部１１及び平行光生成部１３に用いられる屈折率分布型レンズは、中心軸から外周部へ向かって放物線状に屈折率を分布させたレンズであり、石英ガラスにＧｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、などを添加したものや、多成分系のガラスでイオン拡散によって二乗分布の屈折率分布を形成したものが例示できる。平行光生成部１３としては、ＧＩ型（グレーデッドインデックス型）ファイバを用いることができる。 The graded refractive index lens used in the light condensing section 11 and the parallel light generating section 13 is a lens having a parabolic refractive index distribution from the central axis toward the outer peripheral portion. and the like, and multi-component glasses in which a refractive index distribution of square distribution is formed by ion diffusion. A GI type (graded index type) fiber can be used as the parallel light generator 13 .

平行光生成部１３に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１３は、光ファイバ１４からの光を平行光に変換する長さである。そのような長さとしては、例えば、１／４ピッチ、又はこれに１／２ピッチの整数倍を加えた長さである。The lens length L13 of the gradient index lens provided in the parallel light generator 13 is the length for converting the light from the optical fiber 14 into parallel light. Such a length is, for example, a quarter pitch or a length obtained by adding an integer multiple of a half pitch.

集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１は、各平行光生成部１３からの平行光を光ファイバ１２に集光する長さである。そのような長さとしては、例えば、１／４ピッチ、又はそれに１／２ピッチの整数倍を加えた長さである。The lens length L 11 of the gradient index lens provided in the light collecting section 11 is the length for condensing the parallel light from each parallel light generating section 13 onto the optical fiber 12 . Such a length is, for example, a quarter pitch or a length obtained by adding an integral multiple of half the pitch.

図５に、集光部１１における伝搬光ＰＬ１１＃１及びＰＬ１１＃３の光路の一例を示す。集光部１１の端面１１Ａのうちの光軸ＯＡ１１から距離ｒ１３＃１の位置に平行光ＰＬ１３＃１が入射され、集光部１１の端面１１Ａのうちの光軸ＯＡ１１から距離ｒ１３＃３の位置に平行光ＰＬ１３＃３が入射される。これらのＰＬ１１＃１及びＰＬ１１＃３は、端面１１Ａから１／４ピッチの焦点面で光軸ＯＡ１１に集光する。FIG. 5 shows an example of the optical paths of the propagating lights PL 11#1 and PL 11#3 in the condensing section 11. As shown in FIG. A parallel light PL 13#1 is incident at a position at a distance r 13#1 from the optical axis OA 11 of the end face 11A of the light collecting portion 11, and is at a distance r from the optical axis OA 11 of the end face 11A of the light collecting portion 11. A parallel light PL 13#3 is incident on the position of 13 #3. These PL 11#1 and PL 11#3 converge on the optical axis OA 11 at a focal plane 1/4 pitch from the end face 11A.

レンズ長Ｌ１１が１／４ピッチに等しい場合、各伝搬光ＰＬ１１＃１～ＰＬ１１＃４は、端面１１Ｂにおいて光軸ＯＡ１１の付近から出射される。これにより、図６に示すように、集光部１１の各伝搬光ＰＬ１１＃１～ＰＬ１１＃４は、端面１１Ｂにおいて、光軸ＯＡ１１の付近から出射される。When the lens length L 11 is equal to 1/4 pitch, the propagating lights PL 11#1 to PL 11#4 are emitted from the vicinity of the optical axis OA 11 at the end surface 11B. As a result, as shown in FIG. 6, the propagating lights PL 11#1 to PL 11#4 of the light condensing section 11 are emitted from the vicinity of the optical axis OA 11 at the end surface 11B.

ただし、集光部１１及び光ファイバ１２の接続部分の１点に光が集中すると、ピーク強度が高くなるため絶縁破壊が生じる場合がある。出力強度が同じでピーク強度を下げるにはフラットトップの光強度分布が望ましい場合がある。 However, when the light concentrates at one point of the connecting portion between the light condensing portion 11 and the optical fiber 12, the peak intensity increases, which may cause dielectric breakdown. A flat top light intensity distribution may be desirable for the same output intensity and lower peak intensity.

そこで、本開示では、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１は、１／４ピッチを除く１／４ピッチ付近のレンズ長であることが好ましい。例えば、図５に示すように、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１は、１／４ピッチよりもわずかに短いことが好ましい。これにより、図７に示すように、各伝搬光ＰＬ１１＃１～ＰＬ１１＃４の光強度が、光ファイバ１２のモードフィールド径ＭＦＤ１２の範囲内で分散される。Therefore, in the present disclosure, it is preferable that the lens length L11 of the gradient index lens provided in the light condensing section 11 is a lens length around 1/4 pitch excluding 1/4 pitch. For example, as shown in FIG. 5, it is preferable that the lens length L11 of the gradient index lens provided in the light condensing section 11 is slightly shorter than 1/4 pitch. As a result, the light intensities of the propagating lights PL 11#1 to PL 11#4 are dispersed within the range of the mode field diameter MFD 12 of the optical fiber 12, as shown in FIG.

また、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１は、１／４ピッチよりもわずかに長くてもよい。これにより、図８に示すように、各伝搬光ＰＬ１１＃１～ＰＬ１１＃４の光強度が、光ファイバ１２のモードフィールド径ＭＦＤ１２の範囲内で分散される。Also, the lens length L11 of the gradient index lens provided in the light condensing section 11 may be slightly longer than 1/4 pitch. As a result, the light intensities of the propagating lights PL 11#1 to PL 11#4 are dispersed within the range of the mode field diameter MFD 12 of the optical fiber 12, as shown in FIG.

図５に示すように、距離ｒ１３＃１及びｒ１３＃１３が等しく、平行光ＰＬ１３＃１及びＰＬ１３＃３が光軸ＯＡ１１に対して対称である場合、端面１１Ｂでの伝搬光ＰＬ１１＃１の反射光が伝搬光ＰＬ１１＃１３に入射する。特に、端面１１Ｂに高ＮＡの光ファイバ１２を接続した場合はこの反射光が発生する。As shown in FIG. 5, when the distances r 13 # 1 and r 13 # 13 are equal and the parallel lights PL 13 # 1 and PL 13 # 3 are symmetrical with respect to the optical axis OA 11 , the light propagating at the end surface 11B Reflected light from PL 11#1 enters propagating light PL 11#13 . In particular, this reflected light occurs when the optical fiber 12 with a high NA is connected to the end face 11B.

そこで、本開示では、光軸ＯＡ１１を中心とする同心円上に平行光生成部１３＃１、１３＃２、１３＃３、１３＃４を配置する場合、端面１１Ａにおける平行光生成部１３＃１、１３＃２、１３＃３、１３＃４の位置を、図９に示すように、光軸ＯＡ１１に対して点対称な位置からずらすことが好ましい。例えば、平行光生成部１３＃３は、光軸ＯＡ１１に対して平行光生成部１３＃１と点対称な位置Ｐ１１＃１Ｓとは異なる、光軸ＯＡ１１から平行光生成部１３＃１と等距離の位置に配置される。平行光生成部１３＃４は、光軸ＯＡ１１に対して平行光生成部１３＃２と点対称な位置Ｐ１１＃２Ｓとは異なる、光軸ＯＡ１１から平行光生成部１３＃２と等距離の位置に配置される。Therefore, in the present disclosure, when the parallel light generators 13#1, 13#2, 13#3, and 13#4 are arranged on concentric circles centered on the optical axis OA 11 , the parallel light generators 13# on the end surface 11A 1, 13#2, 13#3, and 13#4 are preferably shifted from point-symmetrical positions with respect to the optical axis OA 11 , as shown in FIG. For example, the parallel light generator 13#3 is located at a position P 11 #1S point-symmetrical to the parallel light generator 13#1 with respect to the optical axis OA 11 . are placed equidistant from each other. The parallel light generator 13#4 is different from the position P 11#2S point-symmetrical to the parallel light generator 13#2 with respect to the optical axis OA 11 , and the parallel light generator 13#2 and the like from the optical axis OA 11 . placed at a distance.

本実施形態では、端面１１Ａに４つの平行光生成部１３＃１～１３＃４が配置される例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、同心円上に配置される平行光生成部１３の数は、図１０に示すように、５つなどの奇数であってもよい。同心円上に配置される平行光生成部１３の数を奇数とすることで、平行光生成部１３からの平行光の伝搬光の光路への端面１１Ｂでの反射光の進入を防ぐことができる。さらに、本開示は、複数の同心円上に平行光生成部１３が配置されていてもよい。 In this embodiment, an example in which the four parallel light generators 13#1 to 13#4 are arranged on the end face 11A is shown, but the present disclosure is not limited to this. For example, the number of parallel light generators 13 arranged concentrically may be an odd number such as five, as shown in FIG. By setting the number of the parallel light generators 13 arranged on the concentric circle to be an odd number, it is possible to prevent the reflected light from the end surface 11B from entering the optical path of the propagating light of the parallel light from the parallel light generators 13 . Further, according to the present disclosure, the parallel light generators 13 may be arranged on a plurality of concentric circles.

また、図２では、平行光生成部１３＃１～１３＃４の全てに光ファイバ１４及び励起光現１５が接続される例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、平行光生成部１３＃１～１３＃４の少なくともいずれかに光ファイバ１４が接続されていてもよい。 Further, FIG. 2 shows an example in which the optical fiber 14 and the excitation light source 15 are connected to all of the parallel light generators 13#1 to 13#4, but the present disclosure is not limited to this. For example, the optical fiber 14 may be connected to at least one of the parallel light generators 13#1 to 13#4.

（第２の実施形態）
図１１に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。本実施形態に係る光結合器は、各平行光生成部１３の周方向がキャピラリ３１で覆われたキャピラリ型光部品を用いている。(Second embodiment)
FIG. 11 shows an example of an optical coupler according to this embodiment. The optical coupler according to this embodiment uses a capillary type optical component in which each parallel light generator 13 is covered with a capillary 31 in the circumferential direction.

図１２に、キャピラリ３１内への平行光生成部１３の配置例を示す。キャピラリ３１には貫通孔が設けられており、貫通孔内に平行光生成部１３が配置される。キャピラリ３１の他端側の端面位置ｚ３１Ｂと、平行光生成部１３の他端側の端面位置ｚ１３Ｂと、集光部１１の一端側の端面位置ｚ１１Ａと、は一致している。FIG. 12 shows an arrangement example of the parallel light generator 13 in the capillary 31. As shown in FIG. A through hole is provided in the capillary 31, and the parallel light generator 13 is arranged in the through hole. The end face position z31B on the other end side of the capillary 31, the end face position z13B on the other end side of the parallel light generating section 13, and the end face position z11A on the one end side of the light collecting section 11 match.

本実施形態は、平行光生成部１３がキャピラリ３１で固定されているため、平行光生成部１３及びキャピラリ３１を備えるキャピラリ型光部品を集光部１１に接続することで、平行光生成部１３＃１～１３＃４を所望の位置で集光部１１に接続することができる。 In this embodiment, since the parallel light generator 13 is fixed by the capillary 31, the parallel light generator 13 can be #1 to 13#4 can be connected to the condensing section 11 at desired positions.

図１３に、本実施形態の変形例を示す。図１３では、図１１及び図１２に示す光ファイバ１４の周方向がキャピラリ４１で覆われたキャピラリ型光部品を用いている。光ファイバ１４の周方向がキャピラリ４１で覆われたキャピラリ型光部品を予め用意することで、平行光生成部１３＃１～１３＃４への光ファイバ１４の接続を容易に行うことができる。 FIG. 13 shows a modification of this embodiment. In FIG. 13, a capillary type optical component is used in which the optical fiber 14 shown in FIGS. 11 and 12 is covered with a capillary 41 in the circumferential direction. By preparing in advance the capillary type optical component in which the optical fiber 14 is covered with the capillary 41 in the circumferential direction, the optical fiber 14 can be easily connected to the parallel light generators 13#1 to 13#4.

平行光生成部１３及びキャピラリ３１を備えるキャピラリ型光部品の製造方法は任意である。例えば、キャピラリ３１の母材となるガラスのロッドに平行光生成部１３の数に等しい貫通孔を設け、屈折率分布型レンズを各貫通孔に挿入し、溶融延伸する。そして、長さがレンズ長Ｌ１３になるように切断し研磨する。これにより、平行光生成部１３及びキャピラリ３１を備えるキャピラリ型光部品を製造することができる。Any method can be used to manufacture the capillary optical component including the parallel light generator 13 and the capillary 31 . For example, a glass rod serving as the base material of the capillary 31 is provided with through-holes equal in number to the parallel light generating portions 13, and a gradient index lens is inserted into each through-hole and melted and drawn. Then, it is cut and polished so that the length becomes the lens length L13 . Thereby, a capillary optical component including the parallel light generator 13 and the capillary 31 can be manufactured.

（第３の実施形態）
図１４に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。図５において、平行光ＰＬ１３＃１と平行光ＰＬ１３＃３のビーム径が異なる場合、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１を焦点面からずらして１／４ピッチよりも短くするか又は長くすると、伝搬光ＰＬ１１＃１及びＰＬ１１＃３のビーム幅に差が生じる。そこで、本実施形態に係る光結合器は、第２の実施形態における平行光生成部１３のレンズ径が異なる。ここで、平行光生成部１３のレンズ長Ｌ１３及び屈折率分布係数は任意である。例えば、各平行光生成部１３は、いずれの平行光生成部１３も屈折率分布型レンズもレンズ長Ｌ１３が同じになるような屈折率分布係数を有する。(Third Embodiment)
FIG. 14 shows an example of an optical coupler according to this embodiment. In FIG. 5, when the beam diameters of the parallel light PL 13#1 and the parallel light PL 13#3 are different, the lens length L 11 of the gradient index lens provided in the light collecting unit 11 is shifted from the focal plane to 1/4 pitch. If it is shorter or longer than , there will be a difference in the beam widths of the propagating lights PL 11#1 and PL 11#3 . Therefore, the optical coupler according to this embodiment differs from the second embodiment in the lens diameter of the parallel light generator 13 . Here, the lens length L13 and refractive index distribution coefficient of the parallel light generator 13 are arbitrary. For example, each parallel light generator 13 has a refractive index distribution coefficient such that the lens length L13 is the same for all the parallel light generators 13 and the gradient index lenses.

図１５に、端面１１Ａにおける平行光生成部１３の配置の一例を示す。例えば、平行光生成部１３＃１、１３＃２、１３＃３は共通の第１の径を有し、平行光生成部１３＃４、１３＃５、１３＃６は第１の径よりも小さな共通の第２の径を有する。この場合、平行光生成部１３＃１、１３＃２、１３＃３に接続する光ファイバ１４のコア径は、平行光生成部１３＃４、１３＃５、１３＃６に接続する光ファイバ１４のコア径よりも大きくてもよい。 FIG. 15 shows an example of the arrangement of the parallel light generators 13 on the end surface 11A. For example, the parallel light generators 13#1, 13#2, and 13#3 have a common first diameter, and the parallel light generators 13#4, 13#5, and 13#6 have a diameter larger than the first diameter. It has a small common second diameter. In this case, the core diameters of the optical fibers 14 connected to the parallel light generators 13#1, 13#2, and 13#3 are as follows: may be larger than the core diameter of

平行光生成部１３＃１、１３＃２、１３＃３は平行光生成部１３＃４、１３＃５、１３＃６よりもレンズ径が大きいため、集光部１１に入射する平行光のビーム幅は、平行光生成部１３＃４、１３＃５、１３＃６よりも平行光生成部１３＃１、１３＃２、１３＃３が大きい。 Since the parallel light generators 13#1, 13#2, and 13#3 have larger lens diameters than the parallel light generators 13#4, 13#5, and 13#6, the parallel light beams incident on the light collector 11 are The width of the parallel light generators 13#1, 13#2 and 13#3 is larger than that of the parallel light generators 13#4, 13#5 and 13#6.

図１６に、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１を１／４ピッチよりも短くした場合における、端面１１Ｂでの各伝搬光ＰＬ１１＃１～ＰＬ１１＃６の分布の一例を示す。ビーム強度の大きなＰＬ１１＃１～ＰＬ１１＃３の隙間に、ビーム強度の小さなＰＬ１１＃４～ＰＬ１１＃６が配置されている。このように、異なるレンズ径の平行光生成部１３を端面１１Ａに接続することで、端面１１Ｂにおける光強度分布をフラットトップに近づけることができる。FIG. 16 shows the distribution of the propagating lights PL 11#1 to PL 11#6 on the end surface 11B when the lens length L 11 of the gradient index lens provided in the light condensing section 11 is shorter than 1/4 pitch. shows an example of PL 11#4 to PL 11#6 with low beam intensities are arranged in the gaps between PL 11#1 to PL 11#3 with high beam intensities. By connecting the parallel light generators 13 having different lens diameters to the end face 11A in this way, the light intensity distribution on the end face 11B can be brought closer to a flat top.

なお、本実施形態では、平行光生成部１３の周方向がキャピラリ３１で覆われている例を示すが、本開示はこれに限定されない。例えば、本開示は、図２に示すように、キャピラリ３１を備えず、平行光生成部１３が集光部１１の端面１１Ａに直接接続されている構成も含む。なお、平行光生成部１３から出射する平行光の強度に差をつけることで、図１６のような分布にしてもよい。 In this embodiment, an example in which the parallel light generation unit 13 is covered in the circumferential direction with the capillaries 31 is shown, but the present disclosure is not limited to this. For example, the present disclosure also includes a configuration in which the parallel light generation section 13 is directly connected to the end face 11A of the light collection section 11 without the capillary 31, as shown in FIG. Note that the distribution shown in FIG. 16 may be obtained by varying the intensity of the parallel light emitted from the parallel light generator 13 .

（第４の実施形態）
図１７に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。図５において平行光ＰＬ１３＃１の入射角θ１３＃１及び平行光ＰＬ１３＃３の入射角θ１３＃３を０度からずらすと、図１８に示すように、伝搬光ＰＬ１１＃１及びＰＬ１１＃３が焦点面で光軸ＯＡ１１に集光しなくなる。そこで、本実施形態に係る光結合器は、第２の実施形態において、少なくとも１つの平行光の入射角を０度からずらしている。ここで、平行光生成部１３のレンズ長Ｌ１３及び屈折率分布係数は任意である。例えば、各平行光生成部１３は、いずれの平行光生成部１３も屈折率分布型レンズもレンズ長Ｌ１３が同じになるような屈折率分布係数を有する。(Fourth embodiment)
FIG. 17 shows an example of an optical coupler according to this embodiment. 5, when the incident angle θ 13#1 of the parallel light PL 13 #1 and the incident angle θ 13 #3 of the parallel light PL 13#3 are shifted from 0 degrees, as shown in FIG. and PL 11#3 are no longer focused on optical axis OA 11 at the focal plane. Therefore, in the optical coupler according to the second embodiment, the incident angle of at least one parallel light is shifted from 0 degrees. Here, the lens length L13 and refractive index distribution coefficient of the parallel light generator 13 are arbitrary. For example, each parallel light generator 13 has a refractive index distribution coefficient such that the lens length L13 is the same for all the parallel light generators 13 and the gradient index lenses.

図１９に、キャピラリ３１内への平行光生成部１３の配置例を示す。キャピラリ３１には貫通孔が設けられており、貫通孔内に平行光生成部１３が配置される。集光部１１の端面１１Ａとキャピラリ３１の集光部１１側の端面３１Ｂとは接合されており、キャピラリ３１の集光部１１側の端面３１Ｂの法線と平行光生成部１３の光軸ＯＡ１３とのなす角度θ１３は、図１９に示す平行光ＰＬ１３＃１及びＰＬ１３＃３の入射角θ１３＃１及びθ１３＃３に等しい。すなわち、集光部１１の端面１１Ａの法線に対して平行光生成部１３の光軸ＯＡ１３が傾きを有する。FIG. 19 shows an arrangement example of the parallel light generator 13 inside the capillary 31 . A through hole is provided in the capillary 31, and the parallel light generator 13 is arranged in the through hole. The end surface 11A of the condensing section 11 and the end surface 31B of the capillary 31 on the condensing section 11 side are joined, and the normal line of the end surface 31B of the capillary 31 on the condensing section 11 side and the optical axis OA of the parallel light generating section 13 are aligned. 13 is equal to the incident angles θ 13 #1 and θ 13#3 of the parallel lights PL 13#1 and PL 13#3 shown in FIG. That is, the optical axis OA 13 of the parallel light generator 13 is inclined with respect to the normal to the end surface 11A of the light collector 11 .

平行光生成部１３の光軸ＯＡ１３上でのレンズ長Ｌ１３は１／４ピッチである。また平行光生成部１３の両端が光軸ＯＡ１３に対して垂直になっている。このため、一端１３Ａの光軸ＯＡ１３に光ファイバ１４が接続された平行光生成部１３をキャピラリ３１の貫通孔に配置し、屈折率整合剤で固定することで、平行光を入射角θ１３で集光部１１に入射させることができる。The lens length L13 on the optical axis OA13 of the parallel light generator 13 is 1/4 pitch. Both ends of the parallel light generator 13 are perpendicular to the optical axis OA 13 . For this reason, the parallel light generator 13 having the optical fiber 14 connected to the optical axis OA 13 at one end 13A is arranged in the through hole of the capillary 31 and fixed with a refractive index matching agent, so that the parallel light is generated at an incident angle θ 13 can be made incident on the condensing portion 11 at .

この構成では、平行光生成部１３の端面１３Ｂの光軸ＯＡ１３の位置ｚ１３Ｂは、キャピラリ３１の端面３１Ｂの位置ｚ３１Ｂよりも光ファイバ１４側に配置されている。また、平行光生成部１３の端面１３Ａでの光軸ＯＡ１３の位置ｚ１３Ａは、キャピラリ３１の端面３１Ａの位置ｚ３１Ａよりも光ファイバ１４側に配置されている。これにより、キャピラリ３１に対する平行光生成部１３の角度の設定が容易になる。In this configuration, the position z 13 B of the optical axis OA 13 of the end face 13 B of the parallel light generator 13 is arranged closer to the optical fiber 14 than the position z 31 B of the end face 31 B of the capillary 31 . Further, the position z13A of the optical axis OA13 on the end face 13A of the parallel light generator 13 is arranged closer to the optical fiber 14 than the position z31A of the end face 31A of the capillary 31 is. This makes it easier to set the angle of the parallel light generator 13 with respect to the capillary 31 .

図２０に、キャピラリ３１内への平行光生成部１３の第２の配置例を示す。この配置例では、平行光生成部１３の両端がキャピラリ３１の両端と同一面上に配置されている。この場合も、平行光生成部１３の光軸ＯＡ１３上でのレンズ長Ｌ１３は１／４ピッチである。FIG. 20 shows a second arrangement example of the parallel light generator 13 inside the capillary 31 . In this arrangement example, both ends of the parallel light generator 13 are arranged on the same plane as both ends of the capillary 31 . Also in this case, the lens length L13 on the optical axis OA13 of the parallel light generator 13 is 1/4 pitch.

この構成の場合、キャピラリ３１の母材に貫通孔を設け、当該貫通孔内に平行光生成部１３の母材を配置し、平行光生成部１３のレンズ径となるよう溶融延伸を行い、平行光生成部１３の光軸ＯＡ１３上でのレンズ長Ｌ１３が所望の長さとなるよう分離して研磨することで製造が可能である。このため、キャピラリ３１への平行光生成部１３の組み込みが省略可能であり、製造が容易である。In the case of this configuration, a through hole is provided in the base material of the capillary 31, the base material of the parallel light generating section 13 is arranged in the through hole, and the base material of the parallel light generating section 13 is melted and drawn so as to have the lens diameter of the parallel light generating section 13. It can be manufactured by separating and polishing so that the lens length L 13 on the optical axis OA 13 of the light generation unit 13 becomes a desired length. Therefore, the incorporation of the parallel light generator 13 into the capillary 31 can be omitted, which facilitates manufacturing.

本実施形態では、伝搬光ＰＬ１１＃１及びＰＬ１１＃３が焦点面に到達する前に光軸ＯＡ１１を横切るような、平行光ＰＬ１３＃１及びＰＬ１３＃３が光軸ＯＡ１１に向けて入射する入射角θ１３＃１及びθ１３＃３である例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、図２１及び図２２に示すように、伝搬光ＰＬ１１＃１及びＰＬ１１＃３が焦点面に到達した後に光軸ＯＡ１１を横切るような、光軸ＯＡ１１とは遠ざかる方向に向けて入射する入射角θ１３＃１及びθ１３＃３であってもよい。In this embodiment, the parallel lights PL 13#1 and PL 13#3 cross the optical axis OA 11 before the propagating lights PL 11#1 and PL 11 #3 reach the focal plane. Although an example is shown with incident angles θ 13#1 and θ 13#3 of direct incidence, the disclosure is not so limited. For example, as shown in FIGS. 21 and 22, propagating light beams PL 11#1 and PL 11 #3 cross the optical axis OA 11 after reaching the focal plane. The incident angles θ 13#1 and θ 13#3 may be incident.

本実施形態においても、平行光生成部１３の周方向がキャピラリ３１で覆われている例を示すが、本開示はこれに限定されない。例えば、本開示は、図２に示すように、キャピラリ３１を備えず、平行光生成部１３が集光部１１の端面１１Ａに直接接続されている構成も含む。 This embodiment also shows an example in which the parallel light generator 13 is covered with the capillaries 31 in the circumferential direction, but the present disclosure is not limited to this. For example, the present disclosure also includes a configuration in which the parallel light generation section 13 is directly connected to the end face 11A of the light collection section 11 without the capillary 31, as shown in FIG.

（第５の実施形態）
図２３に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。本実施形態に係る光結合器は、図１７に示すキャピラリ３１がテーパ状になっている。本実施形態では、キャピラリ３１内への平行光生成部１３の配置は、図２０に示す構成とすることが好ましい。これにより、キャピラリ３１への平行光生成部１３の組み込みが省略可能な、以下のような製造方法を採用することができる。(Fifth embodiment)
FIG. 23 shows an example of an optical coupler according to this embodiment. In the optical coupler according to this embodiment, the capillary 31 shown in FIG. 17 is tapered. In this embodiment, the arrangement of the parallel light generator 13 in the capillary 31 is preferably as shown in FIG. As a result, the following manufacturing method can be adopted in which the incorporation of the parallel light generator 13 into the capillary 31 can be omitted.

例えば、キャピラリ３１の母材に貫通孔を設け、当該貫通孔内に平行光生成部１３の母材を配置し、平行光生成部１３のレンズ径となり所望の入射角となるよう溶融延伸を行い、平行光生成部１３の光軸ＯＡ１３上でのレンズ長Ｌ１３が所望の長さとなるよう分離して研磨することで製造が可能である。For example, a through hole is provided in the base material of the capillary 31, the base material of the parallel light generating section 13 is placed in the through hole, and the lens diameter of the parallel light generating section 13 is adjusted to a desired incident angle by melting and drawing. , the lens length L 13 on the optical axis OA 13 of the parallel light generating section 13 can be manufactured by separating and polishing so that the lens length L 13 becomes a desired length.

（第６の実施形態）
高出力ファイバレーザ用の光ファイバとして、２層のクラッド層を有するダブルクラッドファイバが用いられている。本実施形態では、集光部１１の他端１１Ｂに接続される１本の光ファイバ１２として、ダブルクラッドファイバを用いる例について説明する。(Sixth embodiment)
A double-clad fiber having two clad layers is used as an optical fiber for a high-power fiber laser. In this embodiment, an example in which a double-clad fiber is used as one optical fiber 12 connected to the other end 11B of the light collector 11 will be described.

図２４に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。ダブルクラッドファイバは、コアＣＲ１２の周囲をインナークラッドＣＬ１２が覆い、インナークラッドＣＬ１２の周囲をアウタークラッドが覆っている。ダブルクラッドファイバは、励起光をインナークラッドＣＬ１２内で伝搬させることで、コアＣＲ１２の伝搬光を増幅し、レーザ発振を可能にする。FIG. 24 shows an example of an optical coupler according to this embodiment. The double clad fiber has a core CR 12 surrounded by an inner clad CL 12 and an inner clad CL 12 surrounded by an outer clad. The double-clad fiber allows pumping light to propagate within the inner clad CL 12 , thereby amplifying the propagating light in the core CR 12 and enabling laser oscillation.

光ファイバ１２をレーザ発振用の光ファイバに用いた場合、光ファイバ１２の端面１２Ａにレーザ発振用の１００％反射膜が設けられている。そのため、励起光源１５からの励起光がコアＣＲ１２に入射された場合、光ファイバ１２の端面１２Ａに設けられた１００％反射膜で反射され、励起光がコアＣＲ１２内に伝搬されず、励起光源１５に反射され、励起光源１５の故障の原因となる。このため、光ファイバ１２としてレーザ発振用のダブルクラッドファイバを接続する場合、図２５に示すように、伝搬光ＰＬ１１＃１、ＰＬ１１＃２、ＰＬ１１＃３、ＰＬ１１＃４、ＰＬ１１＃５、ＰＬ１１＃６を、光ファイバ１２のコアＣＲ１２やアウタークラッドではなく、光ファイバ１２のインナークラッドＣＬ１２に選択的に入射することが好ましい。When the optical fiber 12 is used as an optical fiber for laser oscillation, the end face 12A of the optical fiber 12 is provided with a 100% reflective film for laser oscillation. Therefore, when the excitation light from the excitation light source 15 is incident on the core CR 12 , it is reflected by the 100% reflective film provided on the end face 12A of the optical fiber 12, and the excitation light is not propagated into the core CR 12 . It is reflected by the light source 15 and causes the excitation light source 15 to malfunction. Therefore, when connecting a double clad fiber for laser oscillation as the optical fiber 12 , as shown in FIG. #5 , PL 11 and #6 are preferably selectively injected into the inner clad CL 12 of the optical fiber 12 instead of the core CR 12 or the outer clad of the optical fiber 12 .

本開示では、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１、又は平行光生成部１３から集光部１１への平行光の入射角、或いはこれらの組み合わせを用いることにより、平行光生成部１３からの励起光を、光ファイバ１２のインナークラッドＣＬ１２に選択的に入射させることができる。このため、本開示は、励起光源１５からの励起光を光ファイバ１２のインナークラッドＣＬ１２に効率的に入射させることで励起光源１５からの励起光を効率的に使用可能にし、更なるファイバレーザの高出力化及び高信頼化を可能にすることができる。In the present disclosure, by using the lens length L 11 of the gradient index lens provided in the light collecting section 11, the incident angle of the parallel light from the parallel light generating section 13 to the light collecting section 11, or a combination thereof, the parallel The excitation light from the light generator 13 can selectively enter the inner clad CL 12 of the optical fiber 12 . Therefore, the present disclosure makes it possible to efficiently use the pumping light from the pumping light source 15 by efficiently injecting the pumping light from the pumping light source 15 into the inner cladding CL 12 of the optical fiber 12, thereby further improving the fiber laser. high output and high reliability.

（第７の実施形態）
図２６に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。本実施形態に係る光結合器は、集光部１１の他端１１Ｂに、光ファイバ１２としてマルチコアファイバが接続されている。これにより、本開示は、光ファイバ１２にマルチコアファイバを用いることで、複数の光ファイバ１４の伝搬光をマルチコアファイバである光ファイバ１２にファンインし、光ファイバ１２に備わる各コア４２の伝搬光を複数の光ファイバ１４にファンアウトすることができる。(Seventh embodiment)
FIG. 26 shows an example of an optical coupler according to this embodiment. In the optical coupler according to this embodiment, a multi-core fiber is connected as the optical fiber 12 to the other end 11B of the light condensing section 11 . Accordingly, in the present disclosure, by using a multi-core fiber as the optical fiber 12, the propagating light of the plurality of optical fibers 14 is fanned into the optical fiber 12, which is a multi-core fiber, and the propagating light of each core 42 provided in the optical fiber 12 is can be fanned out to multiple optical fibers 14 .

例えば、光ファイバ１２は、コアＣＯ１２＃１、ＣＯ１２＃２、ＣＯ１２＃３、ＣＯ１２＃４を備える。この場合、本実施形態は、集光部１１の端面１１Ａから入射された各伝搬光ＰＬ１１＃１、ＰＬ１１＃２、ＰＬ１１＃３、ＰＬ１１＃４を、他端１１Ｂにおいて個別のコアＣＯ１２＃１～ＣＯ１２＃４に入射させる。本開示では、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１、又は平行光生成部１３から集光部１１への平行光の入射角、或いはこれらの組み合わせを用いることにより、平行光生成部１３からの伝搬光ＰＬ１１＃１、ＰＬ１１＃２、ＰＬ１１＃３、ＰＬ１１＃４を、個別のコアＣＯ１２＃１～ＣＯ１２＃４に入射させることができる。For example, the optical fiber 12 comprises cores CO 12#1 , CO 12#2 , CO 12#3 , CO 12#4 . In this case, in this embodiment, each of the propagating lights PL 11#1 , PL 11#2 , PL 11#3 , and PL 11#4 incident from the end surface 11A of the light condensing section 11 is separated into individual cores at the other end 11B. The light is made incident on CO 12#1 to CO 12#4 . In the present disclosure, by using the lens length L 11 of the gradient index lens provided in the light collecting section 11, the incident angle of the parallel light from the parallel light generating section 13 to the light collecting section 11, or a combination thereof, the parallel Propagating lights PL 11#1 , PL 11#2 , PL 11#3 , and PL 11#4 from the light generator 13 can be made incident on individual cores CO 12#1 to CO 12#4 .

本実施形態では、他端１１ＢでのコアＣＯ１２＃１～ＣＯ１２＃６との結合効率は高いことが好ましい。そのため、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１は、１／４ピッチ、又はそれに１／２ピッチの整数倍を加えた長さであることが好ましい。この場合、伝搬光ＰＬ１１＃１～ＰＬ１１＃４が個別のコアＣＯ１２＃１～ＣＯ１２＃４に入射するよう、集光部１１の端面１１Ａにおける各光の入射位置及び入射方向が設定される。In this embodiment, it is preferable that the efficiency of coupling with the cores CO 12#1 to 12#6 at the other end 11B is high. Therefore, the lens length L11 of the gradient index lens provided in the light condensing section 11 is preferably 1/4 pitch or a length obtained by adding an integral multiple of 1/2 pitch. In this case, the incident position and the incident direction of each light on the end surface 11A of the light collecting section 11 are set so that the propagating light PL 11#1 to PL 11#4 are incident on the individual cores CO 12#1 to CO 12#4 . be done.

また本実施形態では、集光部１１の内部において伝搬光が交差しないことが好ましい。これにより、集光部１１の内部での各伝搬光のクロストークを防ぐことができる。そのため、図２６に示す入射角θ１３＃１及びθ１３＃３のように、集光部１１の端面１１Ａから入射される各光の入射方向を、光軸ＯＡ１１とは遠ざかる方向にすることが好ましい。または、図２に示すように、集光部１１の端面１１Ａから入射される各光を光軸ＯＡ１１と平行に設定してもよい。Further, in the present embodiment, it is preferable that the propagating lights do not intersect inside the light condensing section 11 . Thereby, crosstalk of each propagating light inside the condensing section 11 can be prevented. Therefore, the incident direction of each light incident from the end surface 11A of the light condensing section 11 should be directed away from the optical axis OA 11 , like the incident angles θ 13#1 and θ 13#3 shown in FIG. is preferred. Alternatively, as shown in FIG. 2, each light incident from the end surface 11A of the light condensing section 11 may be set parallel to the optical axis OA11.

前述の各実施形態において、光ファイバ１２に備わる各コアの伝搬モードは、シングルモードであってもよいし、マルチモードであってもよい。 In each of the above-described embodiments, the propagation mode of each core provided in the optical fiber 12 may be single mode or multimode.

本開示はレーザ加工産業および情報通信産業に適用することができる。 The present disclosure can be applied to the laser processing industry and the information and communication industry.

１１：集光部
１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、３１Ａ、３１Ｂ、１１１Ａ、１１１Ｂ：端面
１２、１４：光ファイバ
１３：平行光生成部
１５：励起光源
３１、４１：キャピラリ
１１１：テーパ部
１１２：高ＮＡ光ファイバ11: Condenser 11A, 11B, 12A, 12B, 31A, 31B, 111A, 111B: End face 12, 14: Optical fiber 13: Parallel light generator 15: Excitation light source 31, 41: Capillary 111: Tapered part 112: Height NA optical fiber

Claims (13)

第１の屈折率分布型レンズを用いて複数の光ファイバからの光を平行光に変換する複数の平行光生成部と、
第２の屈折率分布型レンズの一端に前記複数の平行光生成部が接続され、前記複数の平行光生成部から出射された複数の光を前記第２の屈折率分布型レンズの他端に接続された１本の光ファイバに出射する集光部と、
を備え、
前記複数の平行光生成部の少なくとも１つの平行光生成部に備わる前記第１の屈折率分布型レンズの光軸と前記第２の屈折率分布型レンズの光軸とが角度を有する、
光結合器。 a plurality of parallel light generators that convert light from the plurality of optical fibers into parallel light using a first gradient index lens;
The plurality of parallel light generators are connected to one end of the second gradient index lens, and the plurality of lights emitted from the plurality of parallel light generators are directed to the other end of the second gradient index lens. a condensing part that emits light to one connected optical fiber;
with
An optical axis of the first gradient index lens and an optical axis of the second gradient index lens provided in at least one of the plurality of parallel light generators have an angle,
optical coupler. 前記平行光生成部に備わる前記第１の屈折率分布型レンズは、略１／４ピッチのレンズ長、又は略１／４ピッチに１／２ピッチの整数倍を加えたレンズ長を有し、
前記複数の光ファイバは、それぞれ、前記複数の平行光生成部に備わる前記第１の屈折率分布型レンズの光軸に接続されている、
請求項１に記載の光結合器。 The first graded refractive index lens provided in the parallel light generation unit has a lens length of approximately 1/4 pitch, or a lens length obtained by adding an integral multiple of 1/2 pitch to approximately 1/4 pitch,
The plurality of optical fibers are each connected to an optical axis of the first gradient index lens provided in the plurality of parallel light generation units,
The optical coupler according to claim 1. 前記複数の平行光生成部は、前記集光部に備わる前記第２の屈折率分布型レンズの光軸に対して点対称な位置からずれた位置に配置されている、
請求項１に記載の光結合器。 The plurality of parallel light generation units are arranged at positions shifted from point-symmetrical positions with respect to the optical axis of the second gradient index lens provided in the light collecting unit,
The optical coupler according to claim 1 . 前記１本の光ファイバは、１つのコアを備えるダブルクラッドファイバであり、
前記角度は、前記集光部に備わる前記第２の屈折率分布型レンズの前記一端から入射される励起光を、前記ダブルクラッドファイバに備わるインナークラッドに入射させる角度である、
請求項１に記載の光結合器。 The one optical fiber is a double-clad fiber with one core,
The angle is an angle at which the excitation light incident from the one end of the second gradient index lens provided in the light collecting section is incident on the inner clad provided in the double clad fiber.
The optical coupler according to claim 1. 前記１本の光ファイバは、複数のコアを備えるマルチコアファイバであり、
前記角度は、前記平行光生成部から出射された光ごとに、前記マルチコアファイバに備わる異なるコアに出射する角度である、
請求項１に記載の光結合器。 the one optical fiber is a multi-core fiber having a plurality of cores,
The angle is an angle at which each light emitted from the parallel light generator is emitted to a different core provided in the multi-core fiber,
The optical coupler according to claim 1 . 前記複数の平行光生成部の周方向が共通のキャピラリで覆われている、
請求項１に記載の光結合器。 The plurality of parallel light generators are covered with a common capillary in the circumferential direction,
The optical coupler according to claim 1 . 前記複数の光ファイバ側に配置されている前記キャピラリの一端の外径が、前記集光部側に配置されている前記キャピラリの他端の外径よりも大きい、
請求項６に記載の光結合器。 The outer diameter of one end of the capillary arranged on the side of the plurality of optical fibers is larger than the outer diameter of the other end of the capillary arranged on the side of the light collecting section,
7. An optical coupler according to claim 6 . 前記集光部に備わる前記第２の屈折率分布型レンズは、略１／４ピッチのレンズ長、又は略１／４ピッチに１／２ピッチの整数倍を加えたレンズ長を有し、
前記複数の平行光生成部は、前記集光部に備わる屈折率分布型レンズの光軸から予め定められた距離の位置に接続されている、
請求項１に記載の光結合器。 The second gradient index lens provided in the light condensing section has a lens length of approximately 1/4 pitch, or a lens length obtained by adding an integral multiple of 1/2 pitch to approximately 1/4 pitch,
The plurality of parallel light generation units are connected to positions at a predetermined distance from an optical axis of a gradient index lens provided in the light collecting unit.
The optical coupler according to claim 1 . 前記集光部に備わる前記第２の屈折率分布型レンズは、１／４ピッチを除く１／４ピッチ付近のレンズ長、或いは１／４ピッチを除く１／４ピッチ付近に１／２ピッチの整数倍を加えたレンズ長を有し、
前記複数の平行光生成部は、前記集光部に備わる前記第２の屈折率分布型レンズの光軸から予め定められた距離の位置に接続されている、
請求項１に記載の光結合器。 The second gradient index lens provided in the light condensing section has a lens length near 1/4 pitch excluding 1/4 pitch, or a lens length near 1/4 pitch excluding 1/4 pitch and 1/2 pitch. has a lens length that is an integer multiple,
The plurality of parallel light generation units are connected to positions at a predetermined distance from the optical axis of the second gradient index lens provided in the light collecting unit,
The optical coupler according to claim 1 . 前記１本の光ファイバは、ダブルクラッドファイバであり、
前記集光部に備わる前記第２の屈折率分布型レンズは、前記集光部に備わる前記第２の屈折率分布型レンズの前記一端から入射される励起光を、前記ダブルクラッドファイバに備わるインナークラッドに入射させるレンズ長を有する、
請求項１に記載の光結合器。 The one optical fiber is a double clad fiber,
The second gradient index lens provided in the condensing section converts excitation light incident from the one end of the second gradient index lens provided in the condensing section into an inner portion provided in the double clad fiber. Having a lens length that makes it incident on the cladding,
The optical coupler according to claim 1 . 前記１本の光ファイバは、複数のコアを備えるマルチコアファイバであり、
前記集光部に備わる前記第２の屈折率分布型レンズは、前記平行光生成部から出射された光ごとに、前記マルチコアファイバに備わる異なるコアに出射するレンズ長を有する、
請求項１に記載の光結合器。 the one optical fiber is a multi-core fiber having a plurality of cores,
The second gradient index lens provided in the light condensing section has a lens length for emitting each light emitted from the parallel light generation section to different cores provided in the multi-core fiber,
The optical coupler according to claim 1 . 前記複数の平行光生成部のうちの少なくとも１つは、前記複数の平行光生成部のうちの他の平行光生成部に備わる前記第１の屈折率分布型レンズとレンズ径が異なる、
請求項１に記載の光結合器。 At least one of the plurality of parallel light generation units has a lens diameter different from that of the first gradient index lens provided in another parallel light generation unit of the plurality of parallel light generation units.
The optical coupler according to claim 1 . 前記複数の光ファイバの周方向が共通のキャピラリで覆われている、
請求項１に記載の光結合器。 The circumferential direction of the plurality of optical fibers is covered with a common capillary,
The optical coupler according to claim 1 .
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