光合波装置
【課題】複数の光源から出射した光をできるだけ無駄にすることなく利用可能な光合波装置を提供する。
【解決手段】複数の光源と、前記複数の光源から出射された光をそれぞれ伝搬する複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバの出射端にそれぞれ接続され、光軸方向の長さが、その内部の伝搬光の蛇行周期のｍ／４（ｍは１以上の奇数）である複数のロッドレンズと、前記複数のロッドレンズに接続された集光レンズと、を備えた光合波装置である。
【解決手段】複数の光源と、前記複数の光源から出射された光をそれぞれ伝搬する複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバの出射端にそれぞれ接続され、光軸方向の長さが、その内部の伝搬光の蛇行周期のｍ／４（ｍは１以上の奇数）である複数のロッドレンズと、前記複数のロッドレンズに接続された集光レンズと、を備えた光合波装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源から出射された光を合波する光合波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多数の発光素子を用いてその各々をサブ光ファイバと結合し、該サブ光ファイバの他端を相互に平行になるように収束整頓し、収束端にロッドレンズをもうけて多数のサブ光ファイバからの光を主光ファイバに入射する発光素子と光ファイバの結合方法が提案された（特許文献１の第２頁左下欄第２行〜第７行目など）。
【０００３】
この従来の結合方法によれば、個々の発光素子（発光ダイオード）と主光ファイバ間の結合効率を少し犠牲にしても、主光ファイバには伝送に必要な十分な大きさの光信号入力を与えることができるとされる（特許文献１の第２頁左下欄第７行〜第１０行目など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−１１９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年は、複数の光源から出射した光をできるだけ無駄にすることなく光ファイバに集光可能な装置が更に求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、複数の光源から出射した光をできるだけ無駄にすることなく利用可能な光合波装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。
【０００８】
本発明は、複数の光源と、複数の光源から出射された光をそれぞれ伝搬する複数の光ファイバと、複数の光ファイバの出射端にそれぞれ接続され、光軸方向の長さが前記伝搬光の蛇行周期のｍ1／４（ｍ1は１以上の奇数）である複数のロッドレンズと、前記複数のロッドレンズに接続された集光レンズと、を備えたことを特徴とする光合波装置である。「蛇行周期」とは、ロッドレンズ内部を光が蛇行して伝搬するときの周期（ピッチ長）Pを示す。
【０００９】
また、本発明は、集光レンズは、ロッドレンズであることを特徴とする上記の光合波装置である。
【００１０】
また、本発明は、集光レンズは、光軸方向の長さが、その内部の伝搬光の蛇行周期のｍ2／４（ｍ2は１以上の奇数）のロッドレンズであり、その集光レンズの出射端に光ファイバが接続されたことを特徴とする上記の光合波装置である。
【００１１】
また、本発明は、集光レンズの出射端に接続された光ファイバの出射端にロッドレンズが接続されたことを特徴とする上記の光合波装置である。
【００１２】
また、本発明は、複数の光源からそれぞれ出射される光の波長は、５００ｎｍ以下であることを特徴とする上記の光合波装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の光源から出射した光をできるだけ無駄にすることなく利用可能な光合波装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【図６】ロッドレンズの概略断面図（光軸を含む）である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１６】
［本発明の第１実施形態に係る光合波装置１］
図１は、本発明の第１実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る光合波装置１では、複数の光源１０から出射した光が複数の光ファイバ４０によりそれぞれ伝搬され、集光レンズ６１により集光される。
【００１８】
光ファイバ４０の入射端及び出射端には、それぞれロッドレンズ３０、５０が接続されている。光源１０から出射した光は、コリメータレンズ２０により平行光にされ、ロッドレンズ３０に入射する。
【００１９】
以下、詳細に説明する。
【００２０】
（光源１０）
光源１０は、半導体レーザ素子や発光ダイオードなどが複数用いられている。集光レンズの材料が持つ分散（屈折率が波長によって異なる性質）あるいは集光レンズの色収差が無視できる場合は、複数の光源から出射される光の波長λは異なっていてもよい。また、光源として半導体レーザ素子を用いる場合、特に、波長λが比較的短波長であるもの、具体的には５００ｎｍ以下のものを用いる場合は、光密度が高くなると集塵し易くなるが、本実施のような構成によって集光させることで、集塵しにくくすることができる。
【００２１】
（コリメータレンズ２０）
コリメータレンズ２０は、光源１０から出射した光を平行光にする。
【００２２】
（ロッドレンズ３０）
ロッドレンズ３０は、光軸方向の長さＬ３０が、その内部の伝搬光の蛇行周期P３０のｍ0／４（ｍ0は１以上の奇数）のレンズであり、屈折率が光軸（中心軸）上で最も高く、周辺に行くほど低くなる円柱状の屈折率分布型レンズである。
【００２３】
より詳細には、透光性部材からなる円柱状のレンズの光軸に垂直な断面（円）において光軸（円の中心）の屈折率が最も高く、光軸から外周方向に向けて連続的に屈折率が低くなっているレンズである。
【００２４】
このようなロッドレンズ３０は、光ファイバ４０の入射端に接続され、コリメータレンズ２０から出射された光を集光して光ファイバ４０に入射させる。
【００２５】
ロッドレンズ３０は、その内部における屈折率が一定ではなく、光軸を中心とする半径ｒ３０の位置の屈折率ｎ３０は下記（１）式で表される。
ｎ３０＝ｎ０３０（1−ｇ３０２ｒ３０q／２）・・・（１）
ここで、ｇ３０はロッドレンズ３０の集光能力を表す定数、ｎ０３０は光源の波長λに対するロッドレンズ３０の光軸における屈折率である。ｑは分布定数でありｑ＝２のとき、二次曲線状に屈折率が変化する。
【００２６】
ｑ＝２のとき、ロッドレンズ３０の光軸に垂直な断面（円）の半径ｄ３０における屈折率をｎｄ３０とすると、ロッドレンズ３０の開口数ＮＡ３０（Numerical Aperture）は、NA３０＝（ｎ０３０２−ｎｄ３０２）１／２であり、ロッドレンズ３０の集光能力を示す定数ｇ３０は下記（２）式で表される。
ｇ３０＝（ＮＡ３０／ｄ３０）｛2／（ｎ０３０２＋ｎ０３０ｎｄ３０）｝１／２・・・（２）
【００２７】
ロッドレンズ内部を光が正弦波状に蛇行して伝搬するときの周期（ピッチ長）を蛇行周期P３０とすると、下記（３）式で表すことができる。
Ｐ３０＝２π／ｇ３０・・・（３）
【００２８】
更に（２）、（３）式により、蛇行周期P３０は下記（４）式で表される。
Ｐ３０＝πｄ３０｛２ｎ０３０／（ｎ０３０−ｎｄ３０）｝１／２・・・（４）
【００２９】
そして、このようなロッドレンズ３０によって、コリメータレンズ２０から出射した平行光を集光して光ファイバ４０の入射端に入射させる。
【００３０】
尚、ロッドレンズ３０の開口数ＮＡ３０は、光ファイバの開口数以下であることが好ましい。これにより、効率よく光を光ファイバ４０に入射させることができる。
【００３１】
本発明の第１実施形態に係る光合波装置１によれば、ロッドレンズ３０が光ファイバ４０の入射端に接続されているため、光ファイバ４０の入射端で光集塵が生じることを防止することができる。
【００３２】
また、本発明の第１実施形態に係る光合波装置１によれば、ロッドレンズ３０の入射端に対して、集光された光ではなく、平行光が入射する。
【００３３】
しかるところ、平行光は、集光された光よりもエネルギー密度が小さい。
【００３４】
したがって、本発明の第１実施形態に係る光合波装置１によれば、ロッドレンズ３０の入射端で光集塵が生じることも防止することができる。
【００３５】
なお、ロッドレンズ３０と光ファイバ４０の入射端とは、例えば、融着や接着剤などにより接続する。
【００３６】
（光ファイバ４０）
光ファイバ４０は、その入射端と出射端にロッドレンズ３０、５０がそれぞれ接続され、光源１０から出射された光を伝搬する。
【００３７】
（ロッドレンズ５０）
ロッドレンズ５０は、光ファイバ４０の出射端に接続される。
【００３８】
ロッドレンズ５０は、その長さＬ５０はP５０×ｍ1／４（P５０はロッドレンズ５０内部を光が正弦波状に蛇行して伝搬するときの周期（ピッチ長）（ｍ1は１以上の奇数）の長さを有しており、光ファイバ４０から出射した光を平行光にして集光レンズ６１に入射させる。
【００３９】
このような位置に設けられるロッドレンズ５０は、光ファイバ４０の開口数以上の開口数であることが好ましい。これにより、効率よく光をロッドレンズ５０に入射させることができる。
【００４０】
なお、ロッドレンズ５０と光ファイバ４０の出射端とは、例えば、融着や接着剤などにより接続する。
【００４１】
（集光レンズ６１）
集光レンズ６１は、複数のロッドレンズ５０に接続される。集光レンズ６１は、複数のロッドレンズ５０からそれぞれ出射される平行光を集光する。
【００４２】
各光ファイバ４０の出射端に接続された各ロッドレンズ５０は、光軸が相互に平行になるように束ねられ、各ロッドレンズ５０の光軸に平行な光軸を有する束とされる。
【００４３】
束とされた各ロッドレンズ５０と集光レンズ６１とは、融着や接着剤などにより、相互に光軸が平行になるように接続される。
【００４４】
以上説明した本発明の第１実施形態に係る光合波装置１によれば、集光レンズ６１に入射する光が、単に光ファイバ４０を介してその出射端から出射する光（光ファイバ４０の開口数に応じて拡がって伝搬する光）ではないものとされる。
【００４５】
すなわち、ロッドレンズを用いずに、単に光ファイバ内のみを伝搬させた光は、その光ファイバの開口数に応じて拡がって伝搬する。そのため、このような光を集光レンズ６１に入射したとしても、その大部分が集光レンズ６１によって効率よく集光できないため、集光レンズ６１の出射端側で有効に利用することができず、無駄になる。
【００４６】
しかしながら、本発明の第１実施形態に係る光合波装置１によれば、光ファイバ４０の出射端から出射する光（光ファイバ４０の開口数に応じて拡がって伝搬する光）がロッドレンズ５０により平行光にされ、この平行光が集光レンズ６１に入射する。
【００４７】
よって、本発明の第１実施形態に係る光合波装置１によれば、集光レンズ６１に入射した光の大部分を、集光レンズ６１によって集光し、集光レンズ６１の出射端側で利用することができる。
【００４８】
したがって、本発明の第１実施形態に係る光合波装置１によれば、複数の光源１０から出射した光をできるだけ無駄にすることなく利用可能な光合波装置を提供することができる。
【００４９】
［本発明の第２実施形態に係る光合波装置２］
図２は、本発明の第２実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【００５０】
図２に示すように、本発明の第２実施形態に係る光合波装置２は、集光レンズがロッドレンズ６２とされる点で、本発明の第１実施形態に係る光合波装置１と相違する。
【００５１】
集光レンズをロッドレンズ６２とした場合は、光ファイバ４０の出射端に接続した各ロッドレンズ５０を集光レンズ６２に容易に接続できるようになる。
【００５２】
また、集光レンズをロッドレンズ６２とした場合は、光ファイバ４０の出射端に接続した各ロッドレンズ５０と集光レンズ６２との光軸調整が容易になる。
【００５３】
［本発明の第３実施形態に係る光合波装置３］
図３は、本発明の第３実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【００５４】
図３に示すように、本発明の第３実施形態に係る光合波装置３は、ロッドレンズ６２とされた集光レンズの出射端に光ファイバ７０が接続される点、及び、この光ファイバ７０の出射端にロッドレンズ８０が接続される点で、本発明の第２実施形態に係る光合波装置２と相違する。
【００５５】
ここで、ロッドレンズ６２とされた集光レンズは、その長さＬ６２は、Ｐ６２×ｍ2／４（ｍ2は１以上の奇数）の長さを有しており、入射した平行光を集光して、集光レンズ６２の出射端に接続された光ファイバ７０へ入射させる。尚、Ｐ６２は、集光レンズ（ロッドレンズ）６２内部を光が正弦波状に蛇行して伝搬するときの蛇行周期（ピッチ長）である。集光レンズ６２の開口数は光ファイバ７０の開口数以下であることが好ましく、ロッドレンズ８０の開口数は光ファイバ７０の開口数以上であることが好ましい。
【００５６】
本発明の第３実施形態に係る光合波装置３によれば、集光レンズ６２の出射端に光ファイバ７０が接続されるため、光ファイバ７０を引き回すことにより、光合波装置３により合波した光が様々な箇所で利用しやすくなる。
【００５７】
また、本発明の第３実施形態に係る光合波装置３によれば、集光レンズ６２の出射端に接続された光ファイバ７０にロッドレンズ８０が接続されるため、光ファイバ７０の出射端にて光集塵が生じることを防止することができる。
【００５８】
なお、集光レンズ６２と光ファイバ７０とは、例えば、融着や接着剤などにより接続することができる。また、光ファイバ７０とロッドレンズ８０とも、例えば、融着や接着剤などにより接続することができる。
【００５９】
［本発明の第４実施形態に係る光合波装置４］
図４は、本発明の第４実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【００６０】
図４に示すように、本発明の第４実施形態に係る光合波装置４は、光源１０から出射した光を球状の屈折率分布型レンズ９０により集光し光ファイバ４０に入射する点で、光源１０から出射した光をコリメータレンズ２０により平行光にしてロッドレンズ３０に入射する本発明の第１実施形態に係る光合波装置１と相違する。
【００６１】
光源１０から出射した光は、本発明の第４実施形態に係る光合波装置４のようにして光ファイバ４０に導いてもよい。
【００６２】
［本発明の第５実施形態に係る光合波装置５］
図５は、本発明の第５実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【００６３】
図５に示すように、本発明の第５実施形態に係る光合波装置５は、光源１０から出射した光をロッドレンズ１００に直接入射する点で、光源１０から出射した光をコリメータレンズ２０により平行光にしてロッドレンズ３０に入射する本発明の第１実施形態に係る光合波装置１と相違する。
【００６４】
光源１０から出射した光は、本発明の第５実施形態に係る光合波装置５のようにして光ファイバ４０に導いてもよい。
【００６５】
なお、ロッドレンズ１００は、ロッドレンズ１００を伝搬する光が光ファイバ４０に集光されるようになる長さと開口数を有する。
【００６６】
［ロッドレンズ］
図６は、ロッドレンズの概略断面図である。
【００６７】
ロッドレンズとは、屈折率が光軸（中心軸）上でもっとも高く、周辺に行くほど低くなる円柱状の屈折率分布型レンズである。ロッドレンズは、その内部における屈折率が一定ではなく、光軸を中心とする半径ｒの位置の屈折率ｎは下記（５）式で表される。
ｎ＝ｎ０（1−ｇ２ｒq／２）・・・（５）
ここで、ｇはロッドレンズの集光能力を表す定数、ｎ０は光源の波長λに対するロッドレンズの光軸における屈折率である。ｑは分布定数でありｑ＝２のとき、二次曲線状に屈折率が変化する。
【００６８】
図６に示すように、ロッドレンズに入射した波長λの光は、ピッチ長Ｐを周期として正弦波状又は余弦波状で進む。
【００６９】
すなわち、図６（ａ）に示すように、ロッドレンズに集光された光を入射させると、入射した光が正弦波状にロッドレンズ内を伝搬し、ロッドレンズの略Ｐ×ｍ／４（ｍは１以上の奇数）の長さのところで平行光になる。
【００７０】
他方、図６（ｂ）に示すように、ロッドレンズに平行光を入射させると、入射した光が余弦波状にロッドレンズ内を伝搬し、ロッドレンズの略Ｐ×ｍ／４（Ｐはロッドレンズ内部を光が正弦波状に伝搬するときの周期、ｍは１以上の奇数）の長さのところで集光された光になる。
【００７１】
なお、ロッドレンズ３０、５０、８０、１００の大きさは、特に限定されるものではないが、本発明の第１実施形態〜第５実施形態に係る光合波装置１〜５においては、ロッドレンズ３０、５０、１００が光ファイバ４０と同じ直径を有し、ロッドレンズ８０が光ファイバ７０と同じ直径を有するものとしている。このようにすれば、ロッドレンズと光ファイバとの光軸調整が容易になる。
【００７２】
以上、本発明の第１実施形態〜第５実施形態に係る光合波装置１〜５について説明したが、これらの実施形態に係る光合波装置１〜５は、光源１０から出射される光の波長λが５００ｎｍ以下である場合、すなわち、波長が５００ｎｍ以下の光を合波する場合に特に好ましく用いることができる。
【００７３】
波長が５００ｎｍ以下の光は、比較的短波長であるためエネルギー密度が高く、これを集光して入射させたり出射させたりすると、光集塵が顕著となるが、各実施形態に係る光合波装置１〜５によれば、光集塵を効果的に防止することができるからである。
【００７４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は、これらの説明によって何ら限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、ファイバレーザ励起光源、レーザ加工用光源、プロジェクター用光源として用いることができ、光通信分野、マーキングや溶接などの加工や検査用、ファイバレーザ励起等の産業用、医療用、印刷などの民生用などさまざまな分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１ 光合波装置
２ 光合波装置
３ 光合波装置
４ 光合波装置
５ 光合波装置
１０ 光源
２０ コリメータレンズ
３０ ロッドレンズ
４０ 光ファイバ
５０ ロッドレンズ
６１ 集光レンズ
６２ 集光レンズ（ロッドレンズ）
７０ 光ファイバ
８０ ロッドレンズ
９０ 球状の屈折率分布型レンズ
１００ ロッドレンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源から出射された光を合波する光合波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多数の発光素子を用いてその各々をサブ光ファイバと結合し、該サブ光ファイバの他端を相互に平行になるように収束整頓し、収束端にロッドレンズをもうけて多数のサブ光ファイバからの光を主光ファイバに入射する発光素子と光ファイバの結合方法が提案された（特許文献１の第２頁左下欄第２行〜第７行目など）。
【０００３】
この従来の結合方法によれば、個々の発光素子（発光ダイオード）と主光ファイバ間の結合効率を少し犠牲にしても、主光ファイバには伝送に必要な十分な大きさの光信号入力を与えることができるとされる（特許文献１の第２頁左下欄第７行〜第１０行目など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−１１９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年は、複数の光源から出射した光をできるだけ無駄にすることなく光ファイバに集光可能な装置が更に求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、複数の光源から出射した光をできるだけ無駄にすることなく利用可能な光合波装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。
【０００８】
本発明は、複数の光源と、複数の光源から出射された光をそれぞれ伝搬する複数の光ファイバと、複数の光ファイバの出射端にそれぞれ接続され、光軸方向の長さが前記伝搬光の蛇行周期のｍ1／４（ｍ1は１以上の奇数）である複数のロッドレンズと、前記複数のロッドレンズに接続された集光レンズと、を備えたことを特徴とする光合波装置である。「蛇行周期」とは、ロッドレンズ内部を光が蛇行して伝搬するときの周期（ピッチ長）Pを示す。
【０００９】
また、本発明は、集光レンズは、ロッドレンズであることを特徴とする上記の光合波装置である。
【００１０】
また、本発明は、集光レンズは、光軸方向の長さが、その内部の伝搬光の蛇行周期のｍ2／４（ｍ2は１以上の奇数）のロッドレンズであり、その集光レンズの出射端に光ファイバが接続されたことを特徴とする上記の光合波装置である。
【００１１】
また、本発明は、集光レンズの出射端に接続された光ファイバの出射端にロッドレンズが接続されたことを特徴とする上記の光合波装置である。
【００１２】
また、本発明は、複数の光源からそれぞれ出射される光の波長は、５００ｎｍ以下であることを特徴とする上記の光合波装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の光源から出射した光をできるだけ無駄にすることなく利用可能な光合波装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【図６】ロッドレンズの概略断面図（光軸を含む）である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１６】
［本発明の第１実施形態に係る光合波装置１］
図１は、本発明の第１実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る光合波装置１では、複数の光源１０から出射した光が複数の光ファイバ４０によりそれぞれ伝搬され、集光レンズ６１により集光される。
【００１８】
光ファイバ４０の入射端及び出射端には、それぞれロッドレンズ３０、５０が接続されている。光源１０から出射した光は、コリメータレンズ２０により平行光にされ、ロッドレンズ３０に入射する。
【００１９】
以下、詳細に説明する。
【００２０】
（光源１０）
光源１０は、半導体レーザ素子や発光ダイオードなどが複数用いられている。集光レンズの材料が持つ分散（屈折率が波長によって異なる性質）あるいは集光レンズの色収差が無視できる場合は、複数の光源から出射される光の波長λは異なっていてもよい。また、光源として半導体レーザ素子を用いる場合、特に、波長λが比較的短波長であるもの、具体的には５００ｎｍ以下のものを用いる場合は、光密度が高くなると集塵し易くなるが、本実施のような構成によって集光させることで、集塵しにくくすることができる。
【００２１】
（コリメータレンズ２０）
コリメータレンズ２０は、光源１０から出射した光を平行光にする。
【００２２】
（ロッドレンズ３０）
ロッドレンズ３０は、光軸方向の長さＬ３０が、その内部の伝搬光の蛇行周期P３０のｍ0／４（ｍ0は１以上の奇数）のレンズであり、屈折率が光軸（中心軸）上で最も高く、周辺に行くほど低くなる円柱状の屈折率分布型レンズである。
【００２３】
より詳細には、透光性部材からなる円柱状のレンズの光軸に垂直な断面（円）において光軸（円の中心）の屈折率が最も高く、光軸から外周方向に向けて連続的に屈折率が低くなっているレンズである。
【００２４】
このようなロッドレンズ３０は、光ファイバ４０の入射端に接続され、コリメータレンズ２０から出射された光を集光して光ファイバ４０に入射させる。
【００２５】
ロッドレンズ３０は、その内部における屈折率が一定ではなく、光軸を中心とする半径ｒ３０の位置の屈折率ｎ３０は下記（１）式で表される。
ｎ３０＝ｎ０３０（1−ｇ３０２ｒ３０q／２）・・・（１）
ここで、ｇ３０はロッドレンズ３０の集光能力を表す定数、ｎ０３０は光源の波長λに対するロッドレンズ３０の光軸における屈折率である。ｑは分布定数でありｑ＝２のとき、二次曲線状に屈折率が変化する。
【００２６】
ｑ＝２のとき、ロッドレンズ３０の光軸に垂直な断面（円）の半径ｄ３０における屈折率をｎｄ３０とすると、ロッドレンズ３０の開口数ＮＡ３０（Numerical Aperture）は、NA３０＝（ｎ０３０２−ｎｄ３０２）１／２であり、ロッドレンズ３０の集光能力を示す定数ｇ３０は下記（２）式で表される。
ｇ３０＝（ＮＡ３０／ｄ３０）｛2／（ｎ０３０２＋ｎ０３０ｎｄ３０）｝１／２・・・（２）
【００２７】
ロッドレンズ内部を光が正弦波状に蛇行して伝搬するときの周期（ピッチ長）を蛇行周期P３０とすると、下記（３）式で表すことができる。
Ｐ３０＝２π／ｇ３０・・・（３）
【００２８】
更に（２）、（３）式により、蛇行周期P３０は下記（４）式で表される。
Ｐ３０＝πｄ３０｛２ｎ０３０／（ｎ０３０−ｎｄ３０）｝１／２・・・（４）
【００２９】
そして、このようなロッドレンズ３０によって、コリメータレンズ２０から出射した平行光を集光して光ファイバ４０の入射端に入射させる。
【００３０】
尚、ロッドレンズ３０の開口数ＮＡ３０は、光ファイバの開口数以下であることが好ましい。これにより、効率よく光を光ファイバ４０に入射させることができる。
【００３１】
本発明の第１実施形態に係る光合波装置１によれば、ロッドレンズ３０が光ファイバ４０の入射端に接続されているため、光ファイバ４０の入射端で光集塵が生じることを防止することができる。
【００３２】
また、本発明の第１実施形態に係る光合波装置１によれば、ロッドレンズ３０の入射端に対して、集光された光ではなく、平行光が入射する。
【００３３】
しかるところ、平行光は、集光された光よりもエネルギー密度が小さい。
【００３４】
したがって、本発明の第１実施形態に係る光合波装置１によれば、ロッドレンズ３０の入射端で光集塵が生じることも防止することができる。
【００３５】
なお、ロッドレンズ３０と光ファイバ４０の入射端とは、例えば、融着や接着剤などにより接続する。
【００３６】
（光ファイバ４０）
光ファイバ４０は、その入射端と出射端にロッドレンズ３０、５０がそれぞれ接続され、光源１０から出射された光を伝搬する。
【００３７】
（ロッドレンズ５０）
ロッドレンズ５０は、光ファイバ４０の出射端に接続される。
【００３８】
ロッドレンズ５０は、その長さＬ５０はP５０×ｍ1／４（P５０はロッドレンズ５０内部を光が正弦波状に蛇行して伝搬するときの周期（ピッチ長）（ｍ1は１以上の奇数）の長さを有しており、光ファイバ４０から出射した光を平行光にして集光レンズ６１に入射させる。
【００３９】
このような位置に設けられるロッドレンズ５０は、光ファイバ４０の開口数以上の開口数であることが好ましい。これにより、効率よく光をロッドレンズ５０に入射させることができる。
【００４０】
なお、ロッドレンズ５０と光ファイバ４０の出射端とは、例えば、融着や接着剤などにより接続する。
【００４１】
（集光レンズ６１）
集光レンズ６１は、複数のロッドレンズ５０に接続される。集光レンズ６１は、複数のロッドレンズ５０からそれぞれ出射される平行光を集光する。
【００４２】
各光ファイバ４０の出射端に接続された各ロッドレンズ５０は、光軸が相互に平行になるように束ねられ、各ロッドレンズ５０の光軸に平行な光軸を有する束とされる。
【００４３】
束とされた各ロッドレンズ５０と集光レンズ６１とは、融着や接着剤などにより、相互に光軸が平行になるように接続される。
【００４４】
以上説明した本発明の第１実施形態に係る光合波装置１によれば、集光レンズ６１に入射する光が、単に光ファイバ４０を介してその出射端から出射する光（光ファイバ４０の開口数に応じて拡がって伝搬する光）ではないものとされる。
【００４５】
すなわち、ロッドレンズを用いずに、単に光ファイバ内のみを伝搬させた光は、その光ファイバの開口数に応じて拡がって伝搬する。そのため、このような光を集光レンズ６１に入射したとしても、その大部分が集光レンズ６１によって効率よく集光できないため、集光レンズ６１の出射端側で有効に利用することができず、無駄になる。
【００４６】
しかしながら、本発明の第１実施形態に係る光合波装置１によれば、光ファイバ４０の出射端から出射する光（光ファイバ４０の開口数に応じて拡がって伝搬する光）がロッドレンズ５０により平行光にされ、この平行光が集光レンズ６１に入射する。
【００４７】
よって、本発明の第１実施形態に係る光合波装置１によれば、集光レンズ６１に入射した光の大部分を、集光レンズ６１によって集光し、集光レンズ６１の出射端側で利用することができる。
【００４８】
したがって、本発明の第１実施形態に係る光合波装置１によれば、複数の光源１０から出射した光をできるだけ無駄にすることなく利用可能な光合波装置を提供することができる。
【００４９】
［本発明の第２実施形態に係る光合波装置２］
図２は、本発明の第２実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【００５０】
図２に示すように、本発明の第２実施形態に係る光合波装置２は、集光レンズがロッドレンズ６２とされる点で、本発明の第１実施形態に係る光合波装置１と相違する。
【００５１】
集光レンズをロッドレンズ６２とした場合は、光ファイバ４０の出射端に接続した各ロッドレンズ５０を集光レンズ６２に容易に接続できるようになる。
【００５２】
また、集光レンズをロッドレンズ６２とした場合は、光ファイバ４０の出射端に接続した各ロッドレンズ５０と集光レンズ６２との光軸調整が容易になる。
【００５３】
［本発明の第３実施形態に係る光合波装置３］
図３は、本発明の第３実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【００５４】
図３に示すように、本発明の第３実施形態に係る光合波装置３は、ロッドレンズ６２とされた集光レンズの出射端に光ファイバ７０が接続される点、及び、この光ファイバ７０の出射端にロッドレンズ８０が接続される点で、本発明の第２実施形態に係る光合波装置２と相違する。
【００５５】
ここで、ロッドレンズ６２とされた集光レンズは、その長さＬ６２は、Ｐ６２×ｍ2／４（ｍ2は１以上の奇数）の長さを有しており、入射した平行光を集光して、集光レンズ６２の出射端に接続された光ファイバ７０へ入射させる。尚、Ｐ６２は、集光レンズ（ロッドレンズ）６２内部を光が正弦波状に蛇行して伝搬するときの蛇行周期（ピッチ長）である。集光レンズ６２の開口数は光ファイバ７０の開口数以下であることが好ましく、ロッドレンズ８０の開口数は光ファイバ７０の開口数以上であることが好ましい。
【００５６】
本発明の第３実施形態に係る光合波装置３によれば、集光レンズ６２の出射端に光ファイバ７０が接続されるため、光ファイバ７０を引き回すことにより、光合波装置３により合波した光が様々な箇所で利用しやすくなる。
【００５７】
また、本発明の第３実施形態に係る光合波装置３によれば、集光レンズ６２の出射端に接続された光ファイバ７０にロッドレンズ８０が接続されるため、光ファイバ７０の出射端にて光集塵が生じることを防止することができる。
【００５８】
なお、集光レンズ６２と光ファイバ７０とは、例えば、融着や接着剤などにより接続することができる。また、光ファイバ７０とロッドレンズ８０とも、例えば、融着や接着剤などにより接続することができる。
【００５９】
［本発明の第４実施形態に係る光合波装置４］
図４は、本発明の第４実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【００６０】
図４に示すように、本発明の第４実施形態に係る光合波装置４は、光源１０から出射した光を球状の屈折率分布型レンズ９０により集光し光ファイバ４０に入射する点で、光源１０から出射した光をコリメータレンズ２０により平行光にしてロッドレンズ３０に入射する本発明の第１実施形態に係る光合波装置１と相違する。
【００６１】
光源１０から出射した光は、本発明の第４実施形態に係る光合波装置４のようにして光ファイバ４０に導いてもよい。
【００６２】
［本発明の第５実施形態に係る光合波装置５］
図５は、本発明の第５実施形態に係る光合波装置の概略側面図である。
【００６３】
図５に示すように、本発明の第５実施形態に係る光合波装置５は、光源１０から出射した光をロッドレンズ１００に直接入射する点で、光源１０から出射した光をコリメータレンズ２０により平行光にしてロッドレンズ３０に入射する本発明の第１実施形態に係る光合波装置１と相違する。
【００６４】
光源１０から出射した光は、本発明の第５実施形態に係る光合波装置５のようにして光ファイバ４０に導いてもよい。
【００６５】
なお、ロッドレンズ１００は、ロッドレンズ１００を伝搬する光が光ファイバ４０に集光されるようになる長さと開口数を有する。
【００６６】
［ロッドレンズ］
図６は、ロッドレンズの概略断面図である。
【００６７】
ロッドレンズとは、屈折率が光軸（中心軸）上でもっとも高く、周辺に行くほど低くなる円柱状の屈折率分布型レンズである。ロッドレンズは、その内部における屈折率が一定ではなく、光軸を中心とする半径ｒの位置の屈折率ｎは下記（５）式で表される。
ｎ＝ｎ０（1−ｇ２ｒq／２）・・・（５）
ここで、ｇはロッドレンズの集光能力を表す定数、ｎ０は光源の波長λに対するロッドレンズの光軸における屈折率である。ｑは分布定数でありｑ＝２のとき、二次曲線状に屈折率が変化する。
【００６８】
図６に示すように、ロッドレンズに入射した波長λの光は、ピッチ長Ｐを周期として正弦波状又は余弦波状で進む。
【００６９】
すなわち、図６（ａ）に示すように、ロッドレンズに集光された光を入射させると、入射した光が正弦波状にロッドレンズ内を伝搬し、ロッドレンズの略Ｐ×ｍ／４（ｍは１以上の奇数）の長さのところで平行光になる。
【００７０】
他方、図６（ｂ）に示すように、ロッドレンズに平行光を入射させると、入射した光が余弦波状にロッドレンズ内を伝搬し、ロッドレンズの略Ｐ×ｍ／４（Ｐはロッドレンズ内部を光が正弦波状に伝搬するときの周期、ｍは１以上の奇数）の長さのところで集光された光になる。
【００７１】
なお、ロッドレンズ３０、５０、８０、１００の大きさは、特に限定されるものではないが、本発明の第１実施形態〜第５実施形態に係る光合波装置１〜５においては、ロッドレンズ３０、５０、１００が光ファイバ４０と同じ直径を有し、ロッドレンズ８０が光ファイバ７０と同じ直径を有するものとしている。このようにすれば、ロッドレンズと光ファイバとの光軸調整が容易になる。
【００７２】
以上、本発明の第１実施形態〜第５実施形態に係る光合波装置１〜５について説明したが、これらの実施形態に係る光合波装置１〜５は、光源１０から出射される光の波長λが５００ｎｍ以下である場合、すなわち、波長が５００ｎｍ以下の光を合波する場合に特に好ましく用いることができる。
【００７３】
波長が５００ｎｍ以下の光は、比較的短波長であるためエネルギー密度が高く、これを集光して入射させたり出射させたりすると、光集塵が顕著となるが、各実施形態に係る光合波装置１〜５によれば、光集塵を効果的に防止することができるからである。
【００７４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は、これらの説明によって何ら限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、ファイバレーザ励起光源、レーザ加工用光源、プロジェクター用光源として用いることができ、光通信分野、マーキングや溶接などの加工や検査用、ファイバレーザ励起等の産業用、医療用、印刷などの民生用などさまざまな分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１ 光合波装置
２ 光合波装置
３ 光合波装置
４ 光合波装置
５ 光合波装置
１０ 光源
２０ コリメータレンズ
３０ ロッドレンズ
４０ 光ファイバ
５０ ロッドレンズ
６１ 集光レンズ
６２ 集光レンズ（ロッドレンズ）
７０ 光ファイバ
８０ ロッドレンズ
９０ 球状の屈折率分布型レンズ
１００ ロッドレンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、
前記複数の光源から出射された光をそれぞれ伝搬する複数の光ファイバと、
前記複数の光ファイバの出射端にそれぞれ接続され、光軸方向の長さが、その内部の伝搬光の蛇行周期のｍ1／４（ｍ1は１以上の奇数）である複数のロッドレンズと、
前記複数のロッドレンズに接続された集光レンズと、
を備えたことを特徴とする光合波装置。
【請求項２】
前記集光レンズは、ロッドレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光合波装置。
【請求項３】
前記集光レンズは、光軸方向の長さが、その内部の伝搬光の蛇行周期のｍ2／４の長さ（ｍ2は１以上の奇数）のロッドレンズであり、前記集光レンズの出射端に光ファイバが接続されたことを特徴とする請求項２に記載の光合波装置。
【請求項４】
前記集光レンズの出射端に接続された光ファイバの出射端にロッドレンズが接続されたことを特徴とする請求項３に記載の光合波装置。
【請求項５】
前記複数の光源からそれぞれ出射される光の波長は、５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光合波装置。
【請求項１】
複数の光源と、
前記複数の光源から出射された光をそれぞれ伝搬する複数の光ファイバと、
前記複数の光ファイバの出射端にそれぞれ接続され、光軸方向の長さが、その内部の伝搬光の蛇行周期のｍ1／４（ｍ1は１以上の奇数）である複数のロッドレンズと、
前記複数のロッドレンズに接続された集光レンズと、
を備えたことを特徴とする光合波装置。
【請求項２】
前記集光レンズは、ロッドレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光合波装置。
【請求項３】
前記集光レンズは、光軸方向の長さが、その内部の伝搬光の蛇行周期のｍ2／４の長さ（ｍ2は１以上の奇数）のロッドレンズであり、前記集光レンズの出射端に光ファイバが接続されたことを特徴とする請求項２に記載の光合波装置。
【請求項４】
前記集光レンズの出射端に接続された光ファイバの出射端にロッドレンズが接続されたことを特徴とする請求項３に記載の光合波装置。
【請求項５】
前記複数の光源からそれぞれ出射される光の波長は、５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光合波装置。
【図６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１６０５８８（Ｐ２０１２−１６０５８８Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４５６（Ｐ２０１１−１９４５６）
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
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