光増幅部品、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ装置
【課題】 放熱性に優れる光増幅部品、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ装置を提供する。
【解決手段】 光増幅部品５０は、活性元素が添加されるコア４１と、励起光を伝播するクラッド４２とを有する増幅用光ファイバ４０と、励起光を伝播するコア３１を有する励起ファイバとを備え、増幅用光ファイバ４０は、クラッド４２の中心軸が平面ＦＳＧ上に位置するように渦巻状に巻回された盤状の巻回部４５を有し、巻回部４５において、クラッド４２の側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、励起ファイバ３０は、コア３１の中心軸が平面ＦＳＰ上に位置するように渦巻状に巻回され他盤状の巻回部３５を有し、巻回部３５において、コア３１の側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２の露出面４６と、励起ファイバ３０のコア３１の露出面３６とが、対向して接続される。
【解決手段】 光増幅部品５０は、活性元素が添加されるコア４１と、励起光を伝播するクラッド４２とを有する増幅用光ファイバ４０と、励起光を伝播するコア３１を有する励起ファイバとを備え、増幅用光ファイバ４０は、クラッド４２の中心軸が平面ＦＳＧ上に位置するように渦巻状に巻回された盤状の巻回部４５を有し、巻回部４５において、クラッド４２の側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、励起ファイバ３０は、コア３１の中心軸が平面ＦＳＰ上に位置するように渦巻状に巻回され他盤状の巻回部３５を有し、巻回部３５において、コア３１の側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２の露出面４６と、励起ファイバ３０のコア３１の露出面３６とが、対向して接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱性に優れる光増幅部品、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
増幅用光ファイバを用いたファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高い小さなビームスポットが得られ、更に、非接触加工が可能であることから、レーザ加工分野、医療分野等、様々な分野において用いられている。特に加工分野や医療分野において用いられるファイバレーザ装置においては、高出力化がされている。
【０００３】
ファイバレーザ装置に用いる増幅用光ファイバとしては、活性元素が添加されたコアと、コアの外周面を覆うクラッドとを備えている。そして、増幅用光ファイバのクラッドを伝播する励起光が活性元素に吸収されることで、活性元素が励起状態とされて、励起状態とされた活性元素の誘導放出により、コアを伝播する被増幅光が増幅されて出射されるというものである。クラッドに励起光を入射する方式としては、増幅用光ファイバの端面から励起光を入射するエンドポンプ方式と、増幅用光ファイバの側面から励起光を入射するサイドポンプ方式とが知られている。サイドポンプ方式は、増幅用光ファイバの長手方向に沿って、徐々に励起光を入射することが可能であり、局所的に励起光の強度が強くなることを防止できる等のメリットがある。
【０００４】
下記特許文献１においては、このようなサイドポンプを用いて、増幅用光ファイバに励起光を入射する内容が記載されている。具体的には、増幅用光ファイバに励起ファイバが沿って設けられている。そして、増幅用光ファイバと励起ファイバとが沿っている部分が、ループを描くように幾重にも巻きつけられたり、折り曲げられたりして、束ねられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１７４８５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献におけるサイドポンプ方式によれば、互いに沿わされた増幅用光ファイバと励起ファイバとが束ねられているため、放熱性が悪いという問題を有している。
【０００７】
そこで、本発明は、放熱性に優れる光増幅部品、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の光増幅部品は、活性元素が添加されるコアと、前記活性元素を励起する励起光を伝播するクラッドと、を有する増幅用光ファイバと、前記励起光を伝播するコアを有する励起ファイバと、を備え、前記増幅用光ファイバは、前記クラッドの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻回された盤状の巻回部を有し、前記増幅用光ファイバの前記巻回部において、前記クラッドの側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、前記励起ファイバは、前記コアの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻回された盤状の巻回部を有し、前記励起ファイバの前記巻回部において、前記コアの側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、前記増幅用光ファイバの前記クラッドの前記露出面と、前記励起ファイバの前記コアの前記露出面とが、対向して接続されることを特徴とするものである。
【０００９】
このような光増幅部品においては、側面が平面状に露出した増幅用光ファイバのクラッドと、側面が平面上に露出した励起ファイバのコアとが接続されている。従って、増幅用光ファイバのクラッドに対して、側面から励起光を入射することができ、サイドポンプが実現できる。そして、増幅用光ファイバが、クラッドの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻かれ、かつ、励起ファイバが、前記コアの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻回され、それぞれの巻回部は、盤状（通常は円盤状）とされる。従って、特許文献１のように増幅用光ファイバ及び励起ファイバが束ねられる場合と比べて、光増幅部品の表面積を増やすことができ、放熱性に優れた構造とすることができる。
【００１０】
さらに、前記増幅用光ファイバと前記励起ファイバとが、互いに非平行に巻回されていることが好ましい。
【００１１】
この場合、励起ファイバに沿って進む励起光が、増幅用光ファイバに入射するときに、励起光の進行方向が乱れる。従って、増幅用光ファイバ内における励起光のスキューモードを抑制することができる。
【００１２】
この場合においては、前記増幅用光ファイバと前記励起ファイバとが、互いに逆向きに巻回されていることとしても良い。
【００１３】
こうすることにより、確実に増幅用光ファイバと励起ファイバとを非平行にすることができる。
【００１４】
或いは、前記増幅用光ファイバと前記励起ファイバとが、互いに平行に巻回されていることが好ましい。
【００１５】
増幅用光ファイバと励起ファイバとが平行に沿っていることで、励起ファイバの露出面と増幅用光ファイバの露出面とが接続される面積をより大きくすることができ、励起ファイバから増幅用光ファイバにより多くの励起光を入射することができる。
【００１６】
また、前記増幅用光ファイバの前記クラッドは、前記活性元素が添加されるコアを囲みガラスから構成される内部クラッドと、前記内部クラッドを囲み前記内部クラッドと屈折率が同等の樹脂から成る外部クラッドと、から成り、前記外部クラッドの一部が平面状に露出されることが好ましい。
【００１７】
樹脂は、容易に切削や研磨を行うことができるため、樹脂から成る外部クラッドを有することにより、切削や研磨等により容易に増幅用光ファイバのクラッドを平面状に露出させることができる。また、内部クラッドがガラスから構成されるため、励起光の損失を少なくすることができる。
【００１８】
また、前記励起ファイバの前記コアは、ガラスから構成される内部コアと、前記内部コアを囲み前記内部コアと屈折率が同等の樹脂から成る外部コアと、から成り、前記外部コアの一部が平面状に露出されることが好ましい。
【００１９】
励起ファイバにおいても、樹脂から成る外部コアを有することにより、切削や研磨等により容易にコアを平面状に露出させることができる。また、内部コアがガラスから構成されるため、励起光の損失を少なくすることができる。
【００２０】
また、前記増幅用光ファイバの前記巻回部、及び、前記励起ファイバの前記巻回部は、前記励起ファイバの前記コアと前記増幅用光ファイバの前記クラッドとが接続されている部分を除き、前記励起ファイバの前記コア、及び、前記増幅用光ファイバの前記クラッドよりも屈折率が低い低屈折率樹脂で覆われていることが好ましい。
【００２１】
このような構成にすることで、励起ファイバのコアにおける露出面と、増幅用光ファイバのクラッドにおける露出面とが、完全に一致して接続されず、少なくとも一方の露出面の一部が他方の露出面と重ならない場合であっても、低屈折率樹脂により、励起光が、励起ファイバのコア、或いは、増幅用光ファイバのクラッドから放出されることを抑制することができる。
【００２２】
また、前記励起ファイバの前記露出面と反対側、及び、前記増幅用光ファイバの前記露出面と反対側の少なくとも一方は、ヒートシンクに接続されることが好ましい。
【００２３】
ヒートシンクを設けることにより、より放熱性を向上させることができる。また、上述のように励起ファイバ及び増幅用光ファイバが渦巻状に巻回されている巻回部は、全体として、盤状になる。従って、ヒートシンクの接続面を平面にすることができ、容易にヒートシンクを設けることができる。
【００２４】
また、前記励起ファイバと同様の励起ファイバを第２励起ファイバとして更に備え、前記第２励起ファイバは、コアの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻回された盤状の巻回部を有し、前記第２励起ファイバの前記巻回部において、前記コアの側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、前記増幅用光ファイバは、前記励起ファイバと接続される前記露出面と反対側の側面が、他方の盤面を形成するように平面状に露出され、前記増幅用光ファイバの前記クラッドにおける前記励起ファイバと接続される前記露出面と反対側の露出面と、前記第２励起ファイバの前記コアの露出面とが、対向して接続されることが好ましい。
【００２５】
このように増幅用光ファイバを励起ファイバと第２励起ファイバとで挟んで、励起ファイバ、第２励起ファイバのそれぞれによりサイドポンプを実現することで、より強度の強い励起光を増幅用光ファイバに導入することができる。従って、レーザ出力をより強くすることができる。
【００２６】
また、本発明の光ファイバ増幅器は、上記のいずれかに記載の光増幅部品と、前記励起ファイバの前記コアに入射される前記励起光を出射する励起光源と、を備えることを特徴とするものである。
【００２７】
このような光ファイバ増幅器においては、光増幅部品が放熱性に優れるため、優れた信頼性を有することができる。
【００２８】
また、本発明のファイバレーザ装置は、上記のいずれかに記載の光増幅部品と、前記増幅用光ファイバの前記コアに入射される種光を出射する種光源と、前記励起ファイバの前記コアに入射される前記励起光を出射する励起光源と、を備えることを特徴とするものである。
【００２９】
或いは、本発明のファイバレーザ装置は、上記のいずれかに記載の光増幅部品と、前記励起ファイバの前記コアに入射される前記励起光を出射する励起光源と、前記増幅用光ファイバの一端側に設けられ、前記励起光により励起された前記活性元素が放出する光の少なくとも一部を反射するミラーと、前記増幅用光ファイバの他端側に設けられ、前記第１ミラーが反射する光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、を備えることを特徴とするものである。
【００３０】
これらのファイバレーザ装置においては、光増幅部品が放熱性に優れるため、優れた信頼性を有することができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように、本発明によれば、放熱性に優れる光増幅部品、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【図２】図１の励起ファイバの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。
【図３】図１の増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。
【図４】図１の光増幅部品から励起ファイバ及び増幅用光ファイバを抽出して分解した図である。
【図５】図１の光増幅部品のＶ−Ｖ線における断面の構造の様子を示す図である。
【図６】励起ファイバの一部の拡大図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る励起ファイバの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る光増幅部品を図５と同じ視点で示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る光増幅部品を図５と同じ視点で示す図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る光増幅部品を図４と同様に示す図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る光増幅部品を図５と同じ視点で示す図である。
【図１３】本発明の第６実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の光増幅部品、及び、これを用いた光ファイバ増幅器、ファイバレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置１を示す図である。
【００３５】
図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、種光を出射する種光源１０と、種光を増幅する光ファイバ増幅器５とを備え、光ファイバ増幅器５は、励起光を出射する励起光源２０と、励起光源から出射される励起光を伝播する励起ファイバ３０、及び、種光及び励起光が入射する増幅用光ファイバ４０を備える光増幅部品５０と、を主な構成として備える。つまり、ファイバレーザ装置１は、種光源１０及び光ファイバ増幅器５によるＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator - Power Amplifier）型のファイバレーザ装置とされる。
【００３６】
種光源１０は、例えば、レーザダイオードから成るレーザ光源や、ファブリペロー型やファイバリング型のファイバレーザ装置から構成されている。この種光源１０から出射される種光は、特に制限されるものではないが、例えば、後述のように増幅用光ファイバ４０にイッテルビウム（Ｙｂ）が添加される場合、波長が１０７０ｎｍのレーザ光とされる。また、種光源１０は、コア、及び、コアを被覆するクラッドから構成される種光用ファイバ１５に接続されており、種光源１０から出射される種光は、種光用ファイバ１５のコアを伝播する。種光用ファイバ１５としては、例えば、シングルモードファイバが挙げられ、この場合、種光は種光用ファイバ１５をシングルモード光として伝播する。
【００３７】
励起光源２０は、複数のレーザダイオード２１から構成される。それぞれのレーザダイオード２１から出射される励起光は、特に制限されるものではないが、例えば、後述のように増幅用光ファイバ４０にＹｂが添加される場合、波長が９１５ｎｍのレーザ光とされる。また、それぞれの励起光源２０のレーザダイオード２１は、励起ポート２２に接続されており、レーザダイオード２１から出射される励起光は、励起ポート２２を伝播する。励起ポート２２としては、例えば、マルチモードファイバを挙げることができ、この場合、励起光は励起ポート２２をマルチモード光として伝播する。そして、それぞれの励起ポート２２は、コンバイナ２３において、励起ファイバ３０に接続されている。
【００３８】
図２は、励起ファイバ３０の長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。図２に示すように、励起ファイバ３０は、コア３１とコア３１の外周面を囲むクラッド３２とを有し、クラッド３２の屈折率は、コア３１の屈折率よりも低くされる。コア３１は、例えば、特にドーパントが添加されていないガラスから成り、クラッド３２は、例えば、紫外線硬化樹脂等から成る。また、励起ファイバ３０のコア３１の直径は、例えば、３００μｍとされ、クラッド３２の外径は、例えば、４００μｍとされる。
【００３９】
図３は、増幅用光ファイバ４０の長手方向に垂直な断面の構造の様子を示す図である。図３に示すように、増幅用光ファイバ４０は、コア４１と、コア４１を囲むクラッド４２と、クラッド４２を被覆する樹脂クラッド４３とを有する。クラッド４２の屈折率はコア４１の屈折率よりも低く、更に、励起ファイバ３０のコアと同等とされる。また、樹脂クラッド４３の屈折率はクラッド４２の屈折率よりもさらに低くされている。このような、コア４１を構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等の元素、及び、励起光源２０から出射される励起光により励起されるＹｂ等の活性元素が添加されたガラスが挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ｙｂの他にツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）、クロム（Ｃｒ）等を挙げることができる。また、クラッド４２を構成する材料としては、例えば、励起ファイバ３０のコア３１と同様の材料を挙げることができる。なお、コア４１の材料に屈折率を上昇させるＧｅ等の元素が添加されない場合、クラッド４２の材料としては、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等が添加されたガラスを挙げることができる。この場合、上記の励起ファイバ３０のコア３１の材料も、フッ素（Ｆ）等が添加されたガラスとされれば良い。また、樹脂クラッド４３を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂が挙げられる。また、増幅用光ファイバ４０のコア４１の直径は、１０μｍとされ、クラッド４２の外径は、励起ファイバ３０のコアの外径と同様とされる。なお、樹脂クラッド４３と、励起ファイバ３０のクラッド３２の外径は任意である。
【００４０】
そして、増幅用光ファイバ４０の一端は、上述の種光用ファイバ１５と接続されて、種光用ファイバ１５のコアと増幅用光ファイバのコア４１とが、光学的に結合されている。一方、増幅用光ファイバ４０の他端には、何も接続されておらず、出射端とされている。
【００４１】
図４は、図１の光増幅部品５０から励起ファイバ３０及び増幅用光ファイバ４０を抽出して分解した図であり、図５は、図１の光増幅部品５０のＶ−Ｖ線における断面の構造の様子を示す図である。
【００４２】
図４、図５に示すように、光増幅部品５０は、上述の増幅用光ファイバ４０と、励起ファイバ３０と、一組のヒートシンク６１，６２を主な構成として備える。
【００４３】
光増幅部品５０において、増幅用光ファイバ４０は、増幅用光ファイバ４０同士が隙間なく隣り合い、クラッド４２の中心軸が平面ＦＳＧ上に位置するようにして、渦巻状に巻回されて、盤状に形成されており、この渦巻状に巻回された部分が巻回部４５とされる。同様に、光増幅部品５０において、励起ファイバ３０は、励起ファイバ３０同士が隙間なく隣り合い、コア３１の中心軸が平面ＦＳＧと平行な平面ＦＳＰ上に位置するようにして、渦巻状に巻回されて、盤状に形成されており、この渦巻状に巻回された部分が巻回部３５とされる。本実施形態においては、増幅用光ファイバ４０、及び、励起ファイバ３０は、それぞれの巻回部４５，３５において、円盤状に巻回されている。増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０の巻回部４５，３５において、増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０は、例えば、それぞれ１０〜５０回ほど巻回されている。なお、本実施形態においては、増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０は、内側から外側に向けて、図４において実線の矢印で示すように共に同じ方向に巻回されており、更に、増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０は、共に同じピッチで同数巻回されている。つまり、光増幅部品５０において、増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０とが、互いに平行に巻回されている。
【００４４】
また、図５に示すように、増幅用光ファイバ４０は、巻回部４５において、巻回部４５の一方の盤面を形成するように、クラッド４２の側面が平面ＦＳＧと平行な平面状に露出され、平面状の露出面４６が形成されている。具体的には、クラッド４２が露出していない状態の増幅用光ファイバ４０が渦巻状に巻回された状態において、樹脂クラッド４３の一部、及び、クラッド４２の一部が、平面ＦＳＧと平行な面まで除去されている。同様に励起ファイバ３０は、巻回部３５において、巻回部３５の一方の盤面を形成するように、コア３１の側面が平面ＦＳＰと平行な平面状に露出され、平面状の露出面３６が形成されている。具体的には、特にコア３１が露出していない状態の励起ファイバ３０が渦巻状に巻回された状態において、クラッド３２の一部、及び、コア３１が、平面ＦＳＰと平行な面まで除去されている。
【００４５】
そして、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２の露出面４６と、励起ファイバ３０のコア３１の露出面３６とが、互いに対向して接続されている。この接続には、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２及び励起ファイバ３０のコア３１と同等の屈折率を有する接着剤が用いられる。本実施形態においては、増幅用光ファイバ４０の露出面４６と、励起ファイバ３０の露出面３６とが、接続された状態において、上述のように、増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０とが、互いに平行に巻回された状態とされている。従って、図５に示すように、光増幅部品５０においては、増幅用光ファイバ４０の露出面４６と、励起ファイバ３０の露出面３６とが、どの部分においても対向している。
【００４６】
また、励起ファイバ３０及び増幅用光ファイバ４０は、励起ファイバ３０のコア３１と増幅用光ファイバ４０のクラッド４２とが接続されている部分を除き、低屈折率樹脂５８で覆われている。この低屈折率樹脂５８は、励起ファイバ３０のコア３１の屈折率、及び、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２の屈折率よりも、低い屈折率とされる。このような低屈折率樹脂５８としては、例えば、フッ素化アクリル樹脂を挙げることができる。なお、後述のように、低屈折率樹脂５８が研磨される場合においては、低屈折率樹脂のショア硬度が２０以上であることが好ましい。
【００４７】
なお、励起ファイバ３０は、巻回部３５以外において、コア３１が露出されておらず、増幅用光ファイバ３０も、巻回部４５以外において、クラッド４２が露出されていない。図６は、励起ファイバ３０の一部の拡大図である。図６に示すように、励起ファイバ３０におけるコア３１が露出されていない部分と、コア３１が露出されている部分の境界には、スロープ３７が形成されている。従って、励起ファイバ３０は、コア３１が露出されていない部分から、コア３１が露出されている部分にかけて、コア３１が徐々に露出されている。同様に増幅用光ファイバ４０におけるクラッド４２が露出されていない部分と、クラッド４２が露出されている部分の境界には、励起ファイバ３０のスロープ３７と同様のスロープが形成されている。従って、増幅用光ファイバ４０は、クラッド４２が露出されていない部分から、クラッド４２が露出されている部分にかけて、クラッド４２が徐々に露出されている。
【００４８】
また、本実施形態においては、増幅用光ファイバ４０の露出面４６と反対側にヒートシンク６１が設けられており、さらに励起ファイバ３０の露出面３６と反対側にヒートシンク６２が設けられている。それぞれのヒートシンク６１，６２は、増幅用光ファイバ４０側及び励起ファイバ３０側の面が平面になっており、円盤状に巻回された増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０のそれぞれの巻回部４５，３５に接続し易くされている。また、励起ファイバ３０と反対側、及び、増幅用光ファイバ４０と反対側にフィン６１ａ，６２ａが設けられており、表面積が増やされている。
【００４９】
上記の様な構成のファイバレーザ装置１は次の様に動作する。
【００５０】
まず、種光源１０から所定の波長の種光が出射されると共に、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から種光の波長とは異なる所定の波長の励起光が出射される。このとき種光の波長は、増幅用光ファイバ４０のコア４１に添加されるドーパントにより異なり、例えば、上述のようにコア４１にＹｂが添加される場合、上述のように１０７０ｎｍとされ、励起光の波長は、例えば、上述のように９１５ｎｍとされる。種光源１０から出射された種光は、種光用ファイバ１５のコアを伝播して、増幅用光ファイバ４０のコア４１に入射し、コア４１を伝播する。また、励起光源２０から出射された励起光は、励起ポート２２を伝播して、コンバイナ２３において、励起ファイバ３０のコア３１に入射して、コア３１を伝播する。そして、光増幅部品５０において、励起光は、励起ファイバ３０のコア３１の露出面３６から出射し、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２の露出面４６からクラッド４２に入射する。このように励起光は、励起ファイバ３０のコア３１の側面から出射して、増幅用光ファイバ４０のクラッドの側面から入射する。従って、励起ファイバ３０から増幅用光ファイバ４０に励起光が徐々に入射する。
【００５１】
なお、上述のように、励起ファイバ３０は、コア３１が露出されていない部分から、コア３１が露出されている部分にかけて、スロープ３７によりコア３１が徐々に露出されている。従って、励起ファイバ３０におけるコア３１が露出されていない部分からコア３１が露出されている部分にかけて励起光が励起ファイバ３０の外に放出されることが抑制されている。
【００５２】
なお、上述のように、励起ファイバ３０及び増幅用光ファイバ４０は、励起ファイバ３０のコア３１と増幅用光ファイバ４０のクラッド４２とが接続されている部分を除き、低屈折率樹脂５８で覆われているため、励起ファイバ３０のコア３１の露出面３６から出射する励起光が、外部に放出されることが抑制されており、励起光は、効率良く、励起ファイバ３０のコア３１から、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２に入射することができる。
【００５３】
そして、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２に入射した励起光は、クラッド４２を主に伝播し、励起光が増幅用光ファイバ４０のコア４１を通過するときに、コア４１に添加されている活性元素に吸収されて、活性元素を励起する。励起された活性元素は、種光による誘導放出を起こし、この誘導放出により種光が増幅されて、出射光として増幅用光ファイバ４０の他端におけるコア４１から出射される。
【００５４】
このとき光増幅部品５０における増幅用光ファイバ４０や励起ファイバ３０の巻回部４５，３５で熱が発生する場合においても、増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０が盤状に巻回されているため放熱の効率が良く、更に、本実施形態においては、それぞれの巻回部４５，３５にヒートシンク６１，６２が設けられているため、更に放熱の効率が良くされており、それぞれの巻回部４５，３５が冷却される。
【００５５】
このような光増幅部品５０は、次のように製造される。
【００５６】
まず、増幅用光ファイバ４０、及び、励起ファイバ３０をそれぞれ必要な長さ準備する。
【００５７】
そして、準備した増幅用光ファイバ４０、及び、励起ファイバ３０をそれぞれ巻回する。このとき、図示しないリール等の治具を用いて、増幅用光ファイバ４０の中心軸が平面状に位置するようにして渦巻状に巻回して、盤状とする。同様に励起ファイバ３０も図示しないリール等の治具を用いて、励起ファイバ３０の中心軸が平面状に位置するようにして渦巻状に巻回して、盤状とする。
【００５８】
次に、増幅用光ファイバ４０が巻回された巻回部４５を低屈折率樹脂５８で覆う。例えば、低屈折率樹脂５８が紫外線硬化樹脂であれば、紫外線硬化樹脂の前駆体である紫外線硬化性樹脂を巻回された増幅用光ファイバ４０に塗布する。そして、増幅用光ファイバ４０の巻回部４５に紫外線を照射して、紫外線硬化性樹脂を硬化させて、増幅用光ファイバ４０の巻回部４５が低屈折率樹脂５８で覆われた状態にする。同様に、励起ファイバ３０が巻回された巻回部３５を低屈折率樹脂５８で覆う。励起ファイバ３０の巻回部３５を低屈折率樹脂５８で覆う方法は、増幅用光ファイバ４０の巻回部４５を低屈折率樹脂５８で覆う方法と同様にすれば良い。
【００５９】
次に低屈折率樹脂５８で覆われた増幅用光ファイバ４０の巻回部４５を、巻回部４５の一方の盤面を形成するように、増幅用光ファイバ４０の中心軸が位置する平面と平行な面まで研磨する。具体的には、低屈折率樹脂５８で覆われた巻回部４５の渦巻状の面をラッピングマシーンの研磨部に押し付けて研磨する。そして、クラッド４２が平面状に所望の面積だけ露出したところで、増幅用光ファイバ４０をラッピングマシーンの研磨部から離す。そして、必要に応じて、クラッド４２の露出面４６を鏡面加工する。この加工には、例えば、ＣＭＰ(Chemical-Mechanical Polishing)を用いれば良い。同様に低屈折率樹脂５８で覆われた励起ファイバ３０の巻回部３５を、巻回部３５の一方の盤面を形成するように、励行ファイバ３０の中心軸が位置する平面と平行な面まで研磨する。励起ファイバ３０の研磨は、増幅用光ファイバ４０の研磨と同様に行えば良い。こうして、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２、及び、励起ファイバ３０のコア３１が平面状に露出した状態となる。
【００６０】
次に、増幅用光ファイバ４０の巻回部４５におけるクラッド４２の露出面４６と、励起ファイバ３０の巻回部３５におけるコア３１の露出面３６とを対向させて、図示しない接着剤で接着して、一体化する。
【００６１】
こうして、図４、５に示す光増幅部品５０を得る。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態の光増幅部品５０によれば、クラッド４２の側面が平面状に露出した露出面４６を有する増幅用光ファイバ４０と、コア３１の側面が平面上に露出した露出面３６を有する励起ファイバ３０とが、それぞれの露出面４６、３６が対向して、接続されている。従って、励起ファイバ３０のコア３１の側面から、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２の側面に励起光を入射することができ、サイドポンプを実現することができる。このため、励起ファイバ３０から増幅用光ファイバ４０に励起光が徐々に入射するので、増幅用光ファイバ４０の一部に励起光が集中することが防止でき、効率良く光を増幅することができる。そして、増幅用光ファイバ４０は、クラッド４２の中心軸が平面ＦＳＧ上に位置するように渦巻状に巻かれ、かつ、励起ファイバ３０は、コア３１の中心軸が平面ＦＳＰ上に位置するように渦巻状に巻回されるため、それぞれの露出面３６，４６が接続された状態において、励起ファイバ３０及び増幅用光ファイバ４０が渦巻状に巻回されている巻回部３５，４５は、全体として円盤状になる。従って、光増幅部品５０は、増幅用光ファイバ及び励起ファイバが束ねられる場合と比べて、表面積を増やすことができ、優れた放熱性が得られる。
【００６３】
このように、本実施形態の光ファイバ増幅器５及びファイバレーザ装置１は、光増幅部品５０が放熱性に優れるため、優れた信頼性を有することができる。
【００６４】
また、上述のように、光増幅部品５０において、増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０とは、互いに平行にされている。従って、励起ファイバ３０の露出面３６と増幅用光ファイバ４０の露出面４６とが接続される面積をより大きくすることができ、励起ファイバ３０から増幅用光ファイバ４０により多くの励起光を入射することができる。
【００６５】
さらに、増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０のそれぞれの巻回部４５，３５は、励起ファイバ３０のコア３１と増幅用光ファイバ４０のクラッド４２とが接続されている部分を除き、低屈折率樹脂５８で覆われているため、励起光が、励起ファイバ３０のコア３１、或いは、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２から放出されることを抑制することができる。
【００６６】
また、上述のように励起ファイバ３０及び増幅用光ファイバ４０が渦巻状に巻回されている巻回部３５，４５は、全体として、円盤状になる。従って、ヒートシンク６１，６２の接続面を平面にすることができ、容易にヒートシンク６１，６２を設けることができる。
【００６７】
なお、本実施形態において、増幅用光ファイバ４０は、巻回部４５において、クラッド４２の側面が平面ＦＳＧと平行な平面状に露出され、巻回部４５の一方の盤面を形成するように、平面状の露出面４６が形成されており、さらに、励起ファイバ３０は、巻回部３５において、コア３１の側面が平面ＦＳＰと平行な平面状に露出され、巻回部３５の一方の盤面を形成するように、平面状の露出面３６が形成されているとした。しかし本発明はこれに限らず、露出面４６と平面ＦＳＣとが平行でなくても良く、また、露出面４６と平面ＦＳＰとが平行でなくても良い。
【００６８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図７〜図９を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図７は、本実施形態に係る励起ファイバ３０ａの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図であり、図８は、本実施形態に係る増幅用光ファイバ４０ａの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図であり、図９は、本実施形態の光増幅部品を図５と同じ視点で示す図である。
【００６９】
本実施形態の光増幅部品は、第１実施形態の励起ファイバ３０に代わり、励起ファイバ３０ａを用い、第１実施形態の増幅用光ファイバ４０に代わり、増幅用光ファイバ４０ａを用いる点において、第１実施形態の光増幅部品と異なる。
【００７０】
図７に示すように、本実施形態の励起ファイバ３０ａは、コア３１が、内部コア３１ａと、内部コア３１ａを囲む外部コア３１ｂとから成る点において、第１実施形態の励起ファイバ３０と異なる。そして、励起ファイバ３０ａの内部コア３１ａは、ガラスから成る。このようなガラスとしては、第１実施形態のコア３１と同様の材料を挙げることができる。また、外部コア３１ｂは、内部コア３１ａと同等の屈折率を有する樹脂から成る。従って、光学的には、本実施形態の励起ファイバ３０ａと、第１実施形態の励起ファイバ３０とは、同等である。このような外部コア３１ｂの材料としては、シリコン系のＵＶ硬化樹脂を挙げることができる。
【００７１】
また、図８に示すように、本実施形態の増幅用光ファイバ４０ａは、クラッド４２が、コア４１を囲む内部クラッド４２ａと、内部クラッド４２ａを囲む外部クラッド４２ｂとから成る点において、第１実施形態の増幅用光ファイバ４０と異なる。そして、増幅用光ファイバ４０の内部クラッド４２ａは、ガラスから成る。このようなガラスとしては、第１実施形態のクラッド４２と同様の材料を挙げることができる。また、外部クラッド４２ｂは、内部クラッド４２ａと同等の屈折率を有する樹脂から成る。従って、光学的には、本実施形態の増幅用光ファイバ４０ａと、第１実施形態の増幅用光ファイバ４０とは、同等である。このため増幅用光ファイバ４０ａに入射する励起光は、内部クラッド４２ａと外部クラッド４２ｂから成るクラッド４２を主に伝播する。このような外部クラッド４２ｂの材料としては、励起ファイバ３０ａの外部コア３１ｂと同様の材料を挙げることができる。
【００７２】
そして、増幅用光ファイバ４０ａ及び励起ファイバ３０ａは、第１実施形態の増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０と同様に巻回されて、第１実施形態と同様にして、低屈折率樹脂５８で覆われる。さらに、図９に示すように、増幅用光ファイバ４０ａは、巻回部４５において、外部クラッド４２ｂが、平面ＦＳＧに平行な平面状に露出され、平面状の露出面４６が形成されている。具体的には、クラッド４２が露出していない状態の増幅用光ファイバ４０が渦巻状に巻回された状態において、樹脂クラッド４３の一部、及び、外部クラッド４２ｂの一部が、内部クラッド４２ａが線状に露出する程度の平面（平面ＦＳＧと平行な平面）まで除去されている。同様に、励起ファイバ３０は、巻回部３５において、外部コア３１ｂが、平面ＦＳＰに平行な平面状に露出され、平面状の露出面３６が形成されている。具体的には、コア３１が露出していない状態の励起ファイバ３０が渦巻状に巻回された状態において、クラッド３２の一部、及び、外部コア３１ｂの一部が、内部コア３１ａが線状に露出する程度の平面（平面ＦＳｐと平行な平面）まで除去されている。
【００７３】
そして、第１実施形態の光増幅部品５０と同様にして、増幅用光ファイバ４０ａの露出面４６と、励起ファイバ３０ａの露出面３６とが接続されている。
【００７４】
本実施形態の光増幅部品５０によれば、増幅用光ファイバ４０ａの外部クラッド４２ｂを構成する樹脂や、励起ファイバ３０ａの外部コア３１ｂを構成する樹脂は、ガラスと比べて切削や研磨により容易に除去することができる。従って、樹脂から成る外部クラッド４２ｂや外部コア３１ｂを有することにより、切削や研磨等により容易に増幅用光ファイバ４０ａや励起ファイバ３０ａのクラッド４２やコア３１を平面状に露出させることができる。また、内部クラッド４２ａや内部コア３１ａがガラスから構成されるため、励起光の損失を少なくすることができる。
【００７５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１０を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図１０は、本実施形態に係る光増幅部品を図５と同じ視点で示す図である。
【００７６】
本実施形態の光増幅部品は、第１実施形態の励起ファイバ３０に代わり、励起ファイバ３０ｂを用いる点において、第１実施形態の光増幅部品と異なる。
【００７７】
本実施形態の励起ファイバ３０ｂは、第１実施形態の励起ファイバ３０よりも小さな直径とされ、励起ファイバ３０ｂ同士が隙間なく隣り合い、コアの中心軸が平面ＦＳＧと平行な平面ＦＳＰ上に位置するようにして、渦巻状に巻回されている。なお、本実施形態においては、励起ファイバ３０ｂが巻回される方向は、第１実施形態と同様に、増幅用光ファイバ４０が巻回される方向と同様とされる。さらに、励起ファイバ３０ｂは、第１実施形態と同様に、巻回部において、コアの側面が平面ＦＳＰと平行な平面状に露出され、平面状の露出面３６が形成されている。そして、増幅用光ファイバ４０のクラッドの露出面４６と、励起ファイバ３０ｂのコアの露出面３６とが、互いに対向して、接続されている。
【００７８】
なお、第１実施形態においては、増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０が、共に同じピッチで同数巻回されて、増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０とが、互いに平行とされたが、本実施形態においては、励起ファイバ３０ｂの直径が、小さいため、増幅用光ファイバと、同じピッチではなく、更に異なる回数巻回されている。従って、本実施形態においては、増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０ｂとが、互いに非平行とされる。
【００７９】
このような光増幅部品においては、励起ファイバ３０のコアの露出面３６が増幅用光ファイバ４０のクラッドの露出面４６と接続されない部分が生じる場合があり、増幅用光ファイバ４０のクラッドの露出面４６が励起ファイバ３０のコアの露出面３６と接続されない部分が生じる場合がある。しかし、図１０に示すように、励起ファイバ３０ｂ及び増幅用光ファイバ４０は、励起ファイバ３０ｂのコアと増幅用光ファイバ４０のクラッドとが接続されている部分を除き、低屈折率樹脂５８で覆われているため、増幅用光ファイバ４０のクラッドの露出面４６と対向せずに露出した励起ファイバ３０のコアの露出面３６、及び、励起ファイバ３０のコアの露出面３６と対向せずに露出した増幅用光ファイバ４０のクラッドの露出面４６から、励起光が放出されることが抑制されている。
【００８０】
本実施形態の光増幅部品によれば、増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０ｂとが非平行とされるため、励起ファイバ３０ｂに沿って進む励起光が、増幅用光ファイバ４０に入射するときに、励起光の進行方向が乱れる。従って、増幅用光ファイバ４０内における励起光のスキューモードを抑制することができる。
【００８１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１１を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図１１は、本実施形態に係る光増幅部品を図４と同様に示す図である。
【００８２】
図１１に示すように本実施形態の光増幅部品においては、励起ファイバ３０と増幅用光ファイバ４０とが逆方向に巻回される点において、第１実施形態の光増幅部品５０と異なる。具体的には、本実施形態の増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０とは、内側から外側に向けて、図１１の実践の矢印で示す方向に巻かれ、この方向が逆回りになるものである。
【００８３】
本実施形態の光増幅部品によれば、確実に増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０とを非平行にすることができ、第３実施形態の光増幅部品と同様に、励起ファイバ３０に沿って進む励起光が、増幅用光ファイバ４０に入射するときに、励起光の進行方向が乱れる。従って、増幅用光ファイバ４０内における励起光のスキューモードを抑制することができる。
【００８４】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図１２を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図１２は、本実施形態に係る光増幅部品を図５と同じ視点で示す図である。
【００８５】
図１２に示すように、本実施形態の光増幅部品は、第１実施形態の励起ファイバ３０と同様の励起ファイバを第２励起ファイバ３０ｃとして備え、第２励起ファイバ３０ｃは、増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０と、同じ方向に同じピッチで同数巻回されて、盤状に形成される巻回部を有している。すなわち、第２励起ファイバ３０ｃは、コアの中心軸が平面ＦＳＰｃ上に位置するように巻回されている。さらに、第２励起ファイバ３０ｃは、巻回部において、コアの側面が、第２励起ファイバ３０ｃの巻回部の一方の盤面を形成するように、第２励起ファイバ３０ｃのコアの中心軸が位置する平面ＦＳＰｃと平行な平面状に露出され、平面状の露出面３６ｃが形成されている。
【００８６】
また、本実施形態の増幅用光ファイバ４０のクラッド４２は、励起ファイバ３０と接続される露出面４６と反対側の側面が、他方の盤面を形成するようにクラッド４２の中心軸が位置する平面ＦＳＧと平行な平面状に露出され、露出面４６ｃが形成されている。
【００８７】
そして、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２における励起ファイバ３０と接続される露出面４６と反対側の露出面４６ｃと、第２励起ファイバ３０ｃのコアの露出面３６ｃとが、対向して接続されている。
【００８８】
また、第２励起ファイバ３０ｃの増幅用光ファイバ４０側と反対側には、第１実施形態において、増幅用光ファイバ４０に接続されていたヒートシンク６１が設けられている。
【００８９】
本実施形態の光増幅部品によれば、増幅用光ファイバ４０を励起ファイバ３０及び第２励起ファイバ３０ｃで挟んで、励起ファイバ３０、第２励起ファイバ３０ｃのそれぞれによりサイドポンプを実現することができる。従って、より強度の強い励起光を増幅用光ファイバ４０に導入することができ、種光の増幅率をより高くすることができる。
【００９０】
なお、本実施形態において、増幅用光ファイバ４０は、巻回部４５において、励起ファイバ３０と接続される露出面４６と反対側の側面が、平面ＦＳＧと平行な平面状に露出され、巻回部４５の他方の盤面を形成するように、平面状の露出面４６ｃが形成されており、さらに、第２励起ファイバ３０ｃは、巻回部において、コアの側面が平面ＦＳＰｃと平行な平面状に露出され、巻回部の一方の盤面を形成するように、平面状の露出面３６ｃが形成されているとした。しかし本発明はこれに限らず、露出面４６ｃと平面ＦＳＣとが平行でなくても良く、また、露出面３６ｃと平面ＦＳＰとが平行でなくても良い。
【００９１】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について図１３を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図１３は、本実施形態に係るファイバレーザ装置２を示す図である。
【００９２】
図１３に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置２は、第１実施形態における光ファイバ増幅器５と同様の光ファイバ増幅器５と、増幅用光ファイバ４０の一方の端部に結合する第１共振用ファイバ１６と、増幅用光ファイバ４０の他方の端部に結合する第２共振用ファイバ１８と、第１共振用ファイバ１６に設けられる第１ミラーとしての第１ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）７１と、第２共振用ファイバ１８に設けられる第２ミラーとしての第２ＦＢＧ７２と、を主な構成として備える。
【００９３】
第１共振用ファイバ１６は、コア及びクラッドを有し、例えば、第１実施形態における種光用ファイバ１５と同じ構成とされる。そして、第１共振用ファイバ１６のコアと増幅用光ファイバ４０のコア４１とが結合するように、第１共振用ファイバ１６と増幅用光ファイバ４０とが接続されている。また、第１共振用ファイバ１６のコアには、第１ＦＢＧ７１が設けられており、第１ＦＢＧ７１は、増幅用光ファイバ４０のコア４１と結合している。第１ＦＢＧ７１は、増幅用光ファイバ４０のコア４１に添加されている活性元素が励起状態とされた場合に放出する自然放出光の一部の波長と同じ波長の光を反射し、反射率が、例えば１００％とされる。
【００９４】
第２共振用ファイバ１８は、コア及びクラッドを有し、例えば、第１共振用ファイバ１６と同様の構成とされる。第２共振用ファイバ１８は、増幅用光ファイバ４０と接続され、増幅用光ファイバ４０のコア４１と第２共振用ファイバ１８のコアとが結合している。また、第２共振用ファイバ１８のコアには、第２ＦＢＧ７２が設けられており、第２ＦＢＧ７２は、増幅用光ファイバ４０のコア４１と結合している。第２ＦＢＧ７２は、第１ＦＢＧ７１が反射する光と同じ波長の光を第１ＦＢＧ７１よりも低い反射率で反射する。第２ＦＢＧの反射率は、例えば３０％とされる。
【００９５】
このようなファイバレーザ装置２においては、まず、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から励起光が出射される。それぞれのレーザダイオード２１から出射される励起光は、上述のように、例えば、波長が９１５ｎｍとされる。そして、それぞれのレーザダイオード２１から出射された励起光は、それぞれの励起ポート２２を介して励起ファイバ３０のコアを伝播し、第１実施形態の光増幅部品５０と同様にして、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２に入射する。増幅用光ファイバ４０のクラッドに入射した励起光は、クラッド４２を主に伝播する。そして、コア４１を通過するときにコア４１に添加されている活性元素に吸収されて、活性元素を励起状態にする。
【００９６】
こうして励起光により励起状態とされた活性元素から自然放出光が放出され、この自然放出光を元にして第１ＦＢＧ７１と第２ＦＢＧ７２との間で光の共振が起こる。共振する光は、第１ＦＢＧ７１及び第２ＦＢＧ７２の反射波長と同じ波長であり、この共振する光が、被増幅光として増幅用光ファイバ４０において励起された活性元素の誘導放出により増幅される。そして、増幅された光の一部が、第２ＦＢＧ７２を透過して、出射光として出射する。なお、第１ＦＢＧ７１を透過する光は、終端部材１７において熱に変換される。
【００９７】
本実施形態のファイバレーザ装置２によれば、光増幅部品５０が放熱性に優れるため、優れた信頼性を有することができる。
【００９８】
以上、本発明について、第１〜第６実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００９９】
例えば、増幅用光ファイバ４０や励起ファイバ３０、３０ａ、３０ｂ、及び、第２励起ファイバ３０ｃは、隙間をあけて巻回されても良い。
【０１００】
また、第１、第２実施形態において、意図的に増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０をずらすことで、非平行としても良い。さらに、第２実施形態においては、第３実施形態のように、励起ファイバ３０ａの直径と増幅用光ファイバ４０ａの直径とを異なるようにしても良く、第４実施形態のように、励起ファイバ３０ａと増幅用光ファイバ４０ａとを異なる方向に巻回しても良い。さらに第１実施形態の励起ファイバ３０及び増幅用光ファイバ４０と、第２実施形態の励起ファイバ３０ａ及び増幅用光ファイバ４０ａとを適宜組み合わせても良い。
【０１０１】
また、第６実施形態において、第２実施形態〜第５実施形態の光増幅部品を用いても良い。
【０１０２】
また、ヒートシンク６１、６２は、必ずしも必要でなく、少なくとも一方のヒートシンクが無くても良い。
【０１０３】
また、上記実施形態においては、増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０が円盤状に巻かれていたが、略四角形を描くようにして、盤状に巻かれても良い。
【実施例】
【０１０４】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。
【０１０５】
（実施例１）
第２実施形態の光増幅部品と同様の光増幅部品を作製した。ただし、ヒートシンクは板状のアルミニウムとした。
【０１０６】
まず、イッテルビウム（Ｙｂ）が添加されたコアと、特にドーパントが添加されていない石英から成る内部クラッドとから成る増幅用光ファイバの半製体を作製した。コアの直径を１０μｍとし、内部クラッドの直径を３００μｍとした。そして、内部クラッドの外周面に厚さ３０μｍのシリコーン樹脂でコーティングして、外部クラッドとした。この内部クラッド、及び、外部クラッドの屈折率は、共に１．４５８とした。さらに、外部クラッドの外周面を内部クラッド及び外部クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂クラッドで被覆して、増幅用光ファイバとした。樹脂クラッドには、屈折率が１．３８０の樹脂を用いて、樹脂クラッドの厚さを５０μｍとした。
【０１０７】
次に、増幅用光ファイバの内部クラッドと同様の材料で、同様の直径を有する内部コアと、増幅用光ファイバの外部クラッドと同様の材料で、同様の外径を有する外部コアと、増幅用光ファイバの樹脂クラッドと同様の材料で、同様の外径を有するクラッドとから成る励起ファイバを作製した。
【０１０８】
次に、増幅用光ファイバを、長さ３０ｍに渡って、円盤状に巻回した。このとき、最小径２００ｍｍとなるようにして、増幅用光ファイバ同士が接するようにして巻回した。同様に、励起ファイバを、３０ｍに渡って、円盤状に巻回した。このとき最小径２００ｍｍとなるようにして、励起ファイバ同士が接するようにして巻回した。増幅用光ファイバ及び励起ファイバのそれぞれの巻回においては、増幅用光ファイバ及び励起ファイバが、それぞれアルミ板と石英板とで挟まれる状態として、巻回をした。
【０１０９】
次に、巻回した状態の増幅用光ファイバ及び励起ファイバのそれぞれの巻回部を屈折率が１．３８０でショア硬度が２５の低屈折率樹脂としてのフッ素化アクリル系樹脂で覆い、フッ素化アクリル系樹脂を硬化した。具体的には、紫外線硬化性のフッ化アクリル系樹脂を用いて、増幅用光ファイバを挟んでいるアルミ板と石英板との間、及び、励起ファイバを挟んでいるアルミ板と石英板との間に、この樹脂を含浸させて、石英板側から紫外線を照射し、樹脂を硬化させた。その後、石英板のみを剥がし、アルミ板は、そのままヒートシンクとした。
【０１１０】
次に、増幅用光ファイバの石英板を剥がした面を研磨し、内部クラッドが僅かに露出する程度まで、低屈折率樹脂、樹脂クラッド、外部クラッドを除去して、外部クラッドが平面状に露出する状態とした。このとき、外部クラッドの露出面の幅は２００μｍであった。同様に励起ファイバの石英板を剥がした面を研磨し、内部コアが僅かに露出する程度まで、低屈折率樹脂、クラッド、外部コアを除去して、外部コアが平面状に露出する状態とした。このとき、外部コアの露出面の幅は２００μｍであった。
【０１１１】
そして、増幅用光ファイバのクラッドの露出面と、励起ファイバのコアの露出面が一致するように、屈折率が１．４５８の樹脂で接続した。
【０１１２】
こうして光増幅部品とした。
【０１１３】
次に、増幅用光ファイバの両端にＦＢＧを設け、一方のＦＢＧは、略１００％の信号光の反射率を有し、他方のＦＢＧは略１０％の信号光の反射率を有するようにした。
【０１１４】
また、励起ファイバの両端に１×１９ポートのポンプコンバイナを接続して、コア径が１０５μｍでガラスクラッド径が１２５μｍのファイバから成る１９本の励起ポートのコアと、励起ファイバのコアとを結合させた。
【０１１５】
そして、それぞれの励起ポートのコアに波長が９１５ｎｍで強度が８Ｗの励起光を入射した。従って、励起ファイバに入射する励起光は、約３００Ｗとなる。このとき共振が生じて、出射光は波長が１０８０ｎｍで強度が１９０Ｗであった。６０％を超える高い増幅率とすることができた。
【０１１６】
このとき、光増幅部品の温度は、４７℃と低い温度であった。従って、本発明の光増幅部品は、放熱性に優れることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
以上説明したように、本発明によれば、放熱性に優れる光増幅部品、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ装置が提供される。
【符号の説明】
【０１１８】
１，２・・・ファイバレーザ装置
５・・・光ファイバ増幅器
１０・・・種光源
１５・・・種光用ファイバ
１６・・・第１共振用ファイバ
１８・・・第２共振用ファイバ
２０・・・励起光源
２１・・・レーザダイオード
２２・・・励起ポート
２３・・・コンバイナ
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ・・・励起ファイバ
３１・・・コア
３１ａ・・・内部コア
３１ｂ・・・外部コア
３２・・・クラッド
３５・・・巻回部
３６，３６ｃ・・・露出面
４０，４０ａ・・・増幅用光ファイバ
４１・・・コア
４２・・・クラッド
４２ａ・・・内部クラッド
４２ｂ・・・外部クラッド
４３・・・樹脂クラッド
４５・・・巻回部
４６，４６ｃ・・・露出面
５０・・・光増幅部品
５８・・・低屈折率樹脂
６１，６２・・・ヒートシンク
７１・・・第１ＦＢＧ（第１ミラー）
７１・・・第２ＦＢＧ（第２ミラー）
ＦＳＧ，ＦＳＰ，ＦＳＰｃ・・・平面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱性に優れる光増幅部品、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
増幅用光ファイバを用いたファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高い小さなビームスポットが得られ、更に、非接触加工が可能であることから、レーザ加工分野、医療分野等、様々な分野において用いられている。特に加工分野や医療分野において用いられるファイバレーザ装置においては、高出力化がされている。
【０００３】
ファイバレーザ装置に用いる増幅用光ファイバとしては、活性元素が添加されたコアと、コアの外周面を覆うクラッドとを備えている。そして、増幅用光ファイバのクラッドを伝播する励起光が活性元素に吸収されることで、活性元素が励起状態とされて、励起状態とされた活性元素の誘導放出により、コアを伝播する被増幅光が増幅されて出射されるというものである。クラッドに励起光を入射する方式としては、増幅用光ファイバの端面から励起光を入射するエンドポンプ方式と、増幅用光ファイバの側面から励起光を入射するサイドポンプ方式とが知られている。サイドポンプ方式は、増幅用光ファイバの長手方向に沿って、徐々に励起光を入射することが可能であり、局所的に励起光の強度が強くなることを防止できる等のメリットがある。
【０００４】
下記特許文献１においては、このようなサイドポンプを用いて、増幅用光ファイバに励起光を入射する内容が記載されている。具体的には、増幅用光ファイバに励起ファイバが沿って設けられている。そして、増幅用光ファイバと励起ファイバとが沿っている部分が、ループを描くように幾重にも巻きつけられたり、折り曲げられたりして、束ねられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１７４８５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献におけるサイドポンプ方式によれば、互いに沿わされた増幅用光ファイバと励起ファイバとが束ねられているため、放熱性が悪いという問題を有している。
【０００７】
そこで、本発明は、放熱性に優れる光増幅部品、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の光増幅部品は、活性元素が添加されるコアと、前記活性元素を励起する励起光を伝播するクラッドと、を有する増幅用光ファイバと、前記励起光を伝播するコアを有する励起ファイバと、を備え、前記増幅用光ファイバは、前記クラッドの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻回された盤状の巻回部を有し、前記増幅用光ファイバの前記巻回部において、前記クラッドの側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、前記励起ファイバは、前記コアの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻回された盤状の巻回部を有し、前記励起ファイバの前記巻回部において、前記コアの側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、前記増幅用光ファイバの前記クラッドの前記露出面と、前記励起ファイバの前記コアの前記露出面とが、対向して接続されることを特徴とするものである。
【０００９】
このような光増幅部品においては、側面が平面状に露出した増幅用光ファイバのクラッドと、側面が平面上に露出した励起ファイバのコアとが接続されている。従って、増幅用光ファイバのクラッドに対して、側面から励起光を入射することができ、サイドポンプが実現できる。そして、増幅用光ファイバが、クラッドの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻かれ、かつ、励起ファイバが、前記コアの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻回され、それぞれの巻回部は、盤状（通常は円盤状）とされる。従って、特許文献１のように増幅用光ファイバ及び励起ファイバが束ねられる場合と比べて、光増幅部品の表面積を増やすことができ、放熱性に優れた構造とすることができる。
【００１０】
さらに、前記増幅用光ファイバと前記励起ファイバとが、互いに非平行に巻回されていることが好ましい。
【００１１】
この場合、励起ファイバに沿って進む励起光が、増幅用光ファイバに入射するときに、励起光の進行方向が乱れる。従って、増幅用光ファイバ内における励起光のスキューモードを抑制することができる。
【００１２】
この場合においては、前記増幅用光ファイバと前記励起ファイバとが、互いに逆向きに巻回されていることとしても良い。
【００１３】
こうすることにより、確実に増幅用光ファイバと励起ファイバとを非平行にすることができる。
【００１４】
或いは、前記増幅用光ファイバと前記励起ファイバとが、互いに平行に巻回されていることが好ましい。
【００１５】
増幅用光ファイバと励起ファイバとが平行に沿っていることで、励起ファイバの露出面と増幅用光ファイバの露出面とが接続される面積をより大きくすることができ、励起ファイバから増幅用光ファイバにより多くの励起光を入射することができる。
【００１６】
また、前記増幅用光ファイバの前記クラッドは、前記活性元素が添加されるコアを囲みガラスから構成される内部クラッドと、前記内部クラッドを囲み前記内部クラッドと屈折率が同等の樹脂から成る外部クラッドと、から成り、前記外部クラッドの一部が平面状に露出されることが好ましい。
【００１７】
樹脂は、容易に切削や研磨を行うことができるため、樹脂から成る外部クラッドを有することにより、切削や研磨等により容易に増幅用光ファイバのクラッドを平面状に露出させることができる。また、内部クラッドがガラスから構成されるため、励起光の損失を少なくすることができる。
【００１８】
また、前記励起ファイバの前記コアは、ガラスから構成される内部コアと、前記内部コアを囲み前記内部コアと屈折率が同等の樹脂から成る外部コアと、から成り、前記外部コアの一部が平面状に露出されることが好ましい。
【００１９】
励起ファイバにおいても、樹脂から成る外部コアを有することにより、切削や研磨等により容易にコアを平面状に露出させることができる。また、内部コアがガラスから構成されるため、励起光の損失を少なくすることができる。
【００２０】
また、前記増幅用光ファイバの前記巻回部、及び、前記励起ファイバの前記巻回部は、前記励起ファイバの前記コアと前記増幅用光ファイバの前記クラッドとが接続されている部分を除き、前記励起ファイバの前記コア、及び、前記増幅用光ファイバの前記クラッドよりも屈折率が低い低屈折率樹脂で覆われていることが好ましい。
【００２１】
このような構成にすることで、励起ファイバのコアにおける露出面と、増幅用光ファイバのクラッドにおける露出面とが、完全に一致して接続されず、少なくとも一方の露出面の一部が他方の露出面と重ならない場合であっても、低屈折率樹脂により、励起光が、励起ファイバのコア、或いは、増幅用光ファイバのクラッドから放出されることを抑制することができる。
【００２２】
また、前記励起ファイバの前記露出面と反対側、及び、前記増幅用光ファイバの前記露出面と反対側の少なくとも一方は、ヒートシンクに接続されることが好ましい。
【００２３】
ヒートシンクを設けることにより、より放熱性を向上させることができる。また、上述のように励起ファイバ及び増幅用光ファイバが渦巻状に巻回されている巻回部は、全体として、盤状になる。従って、ヒートシンクの接続面を平面にすることができ、容易にヒートシンクを設けることができる。
【００２４】
また、前記励起ファイバと同様の励起ファイバを第２励起ファイバとして更に備え、前記第２励起ファイバは、コアの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻回された盤状の巻回部を有し、前記第２励起ファイバの前記巻回部において、前記コアの側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、前記増幅用光ファイバは、前記励起ファイバと接続される前記露出面と反対側の側面が、他方の盤面を形成するように平面状に露出され、前記増幅用光ファイバの前記クラッドにおける前記励起ファイバと接続される前記露出面と反対側の露出面と、前記第２励起ファイバの前記コアの露出面とが、対向して接続されることが好ましい。
【００２５】
このように増幅用光ファイバを励起ファイバと第２励起ファイバとで挟んで、励起ファイバ、第２励起ファイバのそれぞれによりサイドポンプを実現することで、より強度の強い励起光を増幅用光ファイバに導入することができる。従って、レーザ出力をより強くすることができる。
【００２６】
また、本発明の光ファイバ増幅器は、上記のいずれかに記載の光増幅部品と、前記励起ファイバの前記コアに入射される前記励起光を出射する励起光源と、を備えることを特徴とするものである。
【００２７】
このような光ファイバ増幅器においては、光増幅部品が放熱性に優れるため、優れた信頼性を有することができる。
【００２８】
また、本発明のファイバレーザ装置は、上記のいずれかに記載の光増幅部品と、前記増幅用光ファイバの前記コアに入射される種光を出射する種光源と、前記励起ファイバの前記コアに入射される前記励起光を出射する励起光源と、を備えることを特徴とするものである。
【００２９】
或いは、本発明のファイバレーザ装置は、上記のいずれかに記載の光増幅部品と、前記励起ファイバの前記コアに入射される前記励起光を出射する励起光源と、前記増幅用光ファイバの一端側に設けられ、前記励起光により励起された前記活性元素が放出する光の少なくとも一部を反射するミラーと、前記増幅用光ファイバの他端側に設けられ、前記第１ミラーが反射する光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、を備えることを特徴とするものである。
【００３０】
これらのファイバレーザ装置においては、光増幅部品が放熱性に優れるため、優れた信頼性を有することができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように、本発明によれば、放熱性に優れる光増幅部品、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【図２】図１の励起ファイバの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。
【図３】図１の増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。
【図４】図１の光増幅部品から励起ファイバ及び増幅用光ファイバを抽出して分解した図である。
【図５】図１の光増幅部品のＶ−Ｖ線における断面の構造の様子を示す図である。
【図６】励起ファイバの一部の拡大図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る励起ファイバの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る光増幅部品を図５と同じ視点で示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る光増幅部品を図５と同じ視点で示す図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る光増幅部品を図４と同様に示す図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る光増幅部品を図５と同じ視点で示す図である。
【図１３】本発明の第６実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の光増幅部品、及び、これを用いた光ファイバ増幅器、ファイバレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置１を示す図である。
【００３５】
図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、種光を出射する種光源１０と、種光を増幅する光ファイバ増幅器５とを備え、光ファイバ増幅器５は、励起光を出射する励起光源２０と、励起光源から出射される励起光を伝播する励起ファイバ３０、及び、種光及び励起光が入射する増幅用光ファイバ４０を備える光増幅部品５０と、を主な構成として備える。つまり、ファイバレーザ装置１は、種光源１０及び光ファイバ増幅器５によるＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator - Power Amplifier）型のファイバレーザ装置とされる。
【００３６】
種光源１０は、例えば、レーザダイオードから成るレーザ光源や、ファブリペロー型やファイバリング型のファイバレーザ装置から構成されている。この種光源１０から出射される種光は、特に制限されるものではないが、例えば、後述のように増幅用光ファイバ４０にイッテルビウム（Ｙｂ）が添加される場合、波長が１０７０ｎｍのレーザ光とされる。また、種光源１０は、コア、及び、コアを被覆するクラッドから構成される種光用ファイバ１５に接続されており、種光源１０から出射される種光は、種光用ファイバ１５のコアを伝播する。種光用ファイバ１５としては、例えば、シングルモードファイバが挙げられ、この場合、種光は種光用ファイバ１５をシングルモード光として伝播する。
【００３７】
励起光源２０は、複数のレーザダイオード２１から構成される。それぞれのレーザダイオード２１から出射される励起光は、特に制限されるものではないが、例えば、後述のように増幅用光ファイバ４０にＹｂが添加される場合、波長が９１５ｎｍのレーザ光とされる。また、それぞれの励起光源２０のレーザダイオード２１は、励起ポート２２に接続されており、レーザダイオード２１から出射される励起光は、励起ポート２２を伝播する。励起ポート２２としては、例えば、マルチモードファイバを挙げることができ、この場合、励起光は励起ポート２２をマルチモード光として伝播する。そして、それぞれの励起ポート２２は、コンバイナ２３において、励起ファイバ３０に接続されている。
【００３８】
図２は、励起ファイバ３０の長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。図２に示すように、励起ファイバ３０は、コア３１とコア３１の外周面を囲むクラッド３２とを有し、クラッド３２の屈折率は、コア３１の屈折率よりも低くされる。コア３１は、例えば、特にドーパントが添加されていないガラスから成り、クラッド３２は、例えば、紫外線硬化樹脂等から成る。また、励起ファイバ３０のコア３１の直径は、例えば、３００μｍとされ、クラッド３２の外径は、例えば、４００μｍとされる。
【００３９】
図３は、増幅用光ファイバ４０の長手方向に垂直な断面の構造の様子を示す図である。図３に示すように、増幅用光ファイバ４０は、コア４１と、コア４１を囲むクラッド４２と、クラッド４２を被覆する樹脂クラッド４３とを有する。クラッド４２の屈折率はコア４１の屈折率よりも低く、更に、励起ファイバ３０のコアと同等とされる。また、樹脂クラッド４３の屈折率はクラッド４２の屈折率よりもさらに低くされている。このような、コア４１を構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等の元素、及び、励起光源２０から出射される励起光により励起されるＹｂ等の活性元素が添加されたガラスが挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ｙｂの他にツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）、クロム（Ｃｒ）等を挙げることができる。また、クラッド４２を構成する材料としては、例えば、励起ファイバ３０のコア３１と同様の材料を挙げることができる。なお、コア４１の材料に屈折率を上昇させるＧｅ等の元素が添加されない場合、クラッド４２の材料としては、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等が添加されたガラスを挙げることができる。この場合、上記の励起ファイバ３０のコア３１の材料も、フッ素（Ｆ）等が添加されたガラスとされれば良い。また、樹脂クラッド４３を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂が挙げられる。また、増幅用光ファイバ４０のコア４１の直径は、１０μｍとされ、クラッド４２の外径は、励起ファイバ３０のコアの外径と同様とされる。なお、樹脂クラッド４３と、励起ファイバ３０のクラッド３２の外径は任意である。
【００４０】
そして、増幅用光ファイバ４０の一端は、上述の種光用ファイバ１５と接続されて、種光用ファイバ１５のコアと増幅用光ファイバのコア４１とが、光学的に結合されている。一方、増幅用光ファイバ４０の他端には、何も接続されておらず、出射端とされている。
【００４１】
図４は、図１の光増幅部品５０から励起ファイバ３０及び増幅用光ファイバ４０を抽出して分解した図であり、図５は、図１の光増幅部品５０のＶ−Ｖ線における断面の構造の様子を示す図である。
【００４２】
図４、図５に示すように、光増幅部品５０は、上述の増幅用光ファイバ４０と、励起ファイバ３０と、一組のヒートシンク６１，６２を主な構成として備える。
【００４３】
光増幅部品５０において、増幅用光ファイバ４０は、増幅用光ファイバ４０同士が隙間なく隣り合い、クラッド４２の中心軸が平面ＦＳＧ上に位置するようにして、渦巻状に巻回されて、盤状に形成されており、この渦巻状に巻回された部分が巻回部４５とされる。同様に、光増幅部品５０において、励起ファイバ３０は、励起ファイバ３０同士が隙間なく隣り合い、コア３１の中心軸が平面ＦＳＧと平行な平面ＦＳＰ上に位置するようにして、渦巻状に巻回されて、盤状に形成されており、この渦巻状に巻回された部分が巻回部３５とされる。本実施形態においては、増幅用光ファイバ４０、及び、励起ファイバ３０は、それぞれの巻回部４５，３５において、円盤状に巻回されている。増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０の巻回部４５，３５において、増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０は、例えば、それぞれ１０〜５０回ほど巻回されている。なお、本実施形態においては、増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０は、内側から外側に向けて、図４において実線の矢印で示すように共に同じ方向に巻回されており、更に、増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０は、共に同じピッチで同数巻回されている。つまり、光増幅部品５０において、増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０とが、互いに平行に巻回されている。
【００４４】
また、図５に示すように、増幅用光ファイバ４０は、巻回部４５において、巻回部４５の一方の盤面を形成するように、クラッド４２の側面が平面ＦＳＧと平行な平面状に露出され、平面状の露出面４６が形成されている。具体的には、クラッド４２が露出していない状態の増幅用光ファイバ４０が渦巻状に巻回された状態において、樹脂クラッド４３の一部、及び、クラッド４２の一部が、平面ＦＳＧと平行な面まで除去されている。同様に励起ファイバ３０は、巻回部３５において、巻回部３５の一方の盤面を形成するように、コア３１の側面が平面ＦＳＰと平行な平面状に露出され、平面状の露出面３６が形成されている。具体的には、特にコア３１が露出していない状態の励起ファイバ３０が渦巻状に巻回された状態において、クラッド３２の一部、及び、コア３１が、平面ＦＳＰと平行な面まで除去されている。
【００４５】
そして、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２の露出面４６と、励起ファイバ３０のコア３１の露出面３６とが、互いに対向して接続されている。この接続には、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２及び励起ファイバ３０のコア３１と同等の屈折率を有する接着剤が用いられる。本実施形態においては、増幅用光ファイバ４０の露出面４６と、励起ファイバ３０の露出面３６とが、接続された状態において、上述のように、増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０とが、互いに平行に巻回された状態とされている。従って、図５に示すように、光増幅部品５０においては、増幅用光ファイバ４０の露出面４６と、励起ファイバ３０の露出面３６とが、どの部分においても対向している。
【００４６】
また、励起ファイバ３０及び増幅用光ファイバ４０は、励起ファイバ３０のコア３１と増幅用光ファイバ４０のクラッド４２とが接続されている部分を除き、低屈折率樹脂５８で覆われている。この低屈折率樹脂５８は、励起ファイバ３０のコア３１の屈折率、及び、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２の屈折率よりも、低い屈折率とされる。このような低屈折率樹脂５８としては、例えば、フッ素化アクリル樹脂を挙げることができる。なお、後述のように、低屈折率樹脂５８が研磨される場合においては、低屈折率樹脂のショア硬度が２０以上であることが好ましい。
【００４７】
なお、励起ファイバ３０は、巻回部３５以外において、コア３１が露出されておらず、増幅用光ファイバ３０も、巻回部４５以外において、クラッド４２が露出されていない。図６は、励起ファイバ３０の一部の拡大図である。図６に示すように、励起ファイバ３０におけるコア３１が露出されていない部分と、コア３１が露出されている部分の境界には、スロープ３７が形成されている。従って、励起ファイバ３０は、コア３１が露出されていない部分から、コア３１が露出されている部分にかけて、コア３１が徐々に露出されている。同様に増幅用光ファイバ４０におけるクラッド４２が露出されていない部分と、クラッド４２が露出されている部分の境界には、励起ファイバ３０のスロープ３７と同様のスロープが形成されている。従って、増幅用光ファイバ４０は、クラッド４２が露出されていない部分から、クラッド４２が露出されている部分にかけて、クラッド４２が徐々に露出されている。
【００４８】
また、本実施形態においては、増幅用光ファイバ４０の露出面４６と反対側にヒートシンク６１が設けられており、さらに励起ファイバ３０の露出面３６と反対側にヒートシンク６２が設けられている。それぞれのヒートシンク６１，６２は、増幅用光ファイバ４０側及び励起ファイバ３０側の面が平面になっており、円盤状に巻回された増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０のそれぞれの巻回部４５，３５に接続し易くされている。また、励起ファイバ３０と反対側、及び、増幅用光ファイバ４０と反対側にフィン６１ａ，６２ａが設けられており、表面積が増やされている。
【００４９】
上記の様な構成のファイバレーザ装置１は次の様に動作する。
【００５０】
まず、種光源１０から所定の波長の種光が出射されると共に、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から種光の波長とは異なる所定の波長の励起光が出射される。このとき種光の波長は、増幅用光ファイバ４０のコア４１に添加されるドーパントにより異なり、例えば、上述のようにコア４１にＹｂが添加される場合、上述のように１０７０ｎｍとされ、励起光の波長は、例えば、上述のように９１５ｎｍとされる。種光源１０から出射された種光は、種光用ファイバ１５のコアを伝播して、増幅用光ファイバ４０のコア４１に入射し、コア４１を伝播する。また、励起光源２０から出射された励起光は、励起ポート２２を伝播して、コンバイナ２３において、励起ファイバ３０のコア３１に入射して、コア３１を伝播する。そして、光増幅部品５０において、励起光は、励起ファイバ３０のコア３１の露出面３６から出射し、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２の露出面４６からクラッド４２に入射する。このように励起光は、励起ファイバ３０のコア３１の側面から出射して、増幅用光ファイバ４０のクラッドの側面から入射する。従って、励起ファイバ３０から増幅用光ファイバ４０に励起光が徐々に入射する。
【００５１】
なお、上述のように、励起ファイバ３０は、コア３１が露出されていない部分から、コア３１が露出されている部分にかけて、スロープ３７によりコア３１が徐々に露出されている。従って、励起ファイバ３０におけるコア３１が露出されていない部分からコア３１が露出されている部分にかけて励起光が励起ファイバ３０の外に放出されることが抑制されている。
【００５２】
なお、上述のように、励起ファイバ３０及び増幅用光ファイバ４０は、励起ファイバ３０のコア３１と増幅用光ファイバ４０のクラッド４２とが接続されている部分を除き、低屈折率樹脂５８で覆われているため、励起ファイバ３０のコア３１の露出面３６から出射する励起光が、外部に放出されることが抑制されており、励起光は、効率良く、励起ファイバ３０のコア３１から、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２に入射することができる。
【００５３】
そして、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２に入射した励起光は、クラッド４２を主に伝播し、励起光が増幅用光ファイバ４０のコア４１を通過するときに、コア４１に添加されている活性元素に吸収されて、活性元素を励起する。励起された活性元素は、種光による誘導放出を起こし、この誘導放出により種光が増幅されて、出射光として増幅用光ファイバ４０の他端におけるコア４１から出射される。
【００５４】
このとき光増幅部品５０における増幅用光ファイバ４０や励起ファイバ３０の巻回部４５，３５で熱が発生する場合においても、増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０が盤状に巻回されているため放熱の効率が良く、更に、本実施形態においては、それぞれの巻回部４５，３５にヒートシンク６１，６２が設けられているため、更に放熱の効率が良くされており、それぞれの巻回部４５，３５が冷却される。
【００５５】
このような光増幅部品５０は、次のように製造される。
【００５６】
まず、増幅用光ファイバ４０、及び、励起ファイバ３０をそれぞれ必要な長さ準備する。
【００５７】
そして、準備した増幅用光ファイバ４０、及び、励起ファイバ３０をそれぞれ巻回する。このとき、図示しないリール等の治具を用いて、増幅用光ファイバ４０の中心軸が平面状に位置するようにして渦巻状に巻回して、盤状とする。同様に励起ファイバ３０も図示しないリール等の治具を用いて、励起ファイバ３０の中心軸が平面状に位置するようにして渦巻状に巻回して、盤状とする。
【００５８】
次に、増幅用光ファイバ４０が巻回された巻回部４５を低屈折率樹脂５８で覆う。例えば、低屈折率樹脂５８が紫外線硬化樹脂であれば、紫外線硬化樹脂の前駆体である紫外線硬化性樹脂を巻回された増幅用光ファイバ４０に塗布する。そして、増幅用光ファイバ４０の巻回部４５に紫外線を照射して、紫外線硬化性樹脂を硬化させて、増幅用光ファイバ４０の巻回部４５が低屈折率樹脂５８で覆われた状態にする。同様に、励起ファイバ３０が巻回された巻回部３５を低屈折率樹脂５８で覆う。励起ファイバ３０の巻回部３５を低屈折率樹脂５８で覆う方法は、増幅用光ファイバ４０の巻回部４５を低屈折率樹脂５８で覆う方法と同様にすれば良い。
【００５９】
次に低屈折率樹脂５８で覆われた増幅用光ファイバ４０の巻回部４５を、巻回部４５の一方の盤面を形成するように、増幅用光ファイバ４０の中心軸が位置する平面と平行な面まで研磨する。具体的には、低屈折率樹脂５８で覆われた巻回部４５の渦巻状の面をラッピングマシーンの研磨部に押し付けて研磨する。そして、クラッド４２が平面状に所望の面積だけ露出したところで、増幅用光ファイバ４０をラッピングマシーンの研磨部から離す。そして、必要に応じて、クラッド４２の露出面４６を鏡面加工する。この加工には、例えば、ＣＭＰ(Chemical-Mechanical Polishing)を用いれば良い。同様に低屈折率樹脂５８で覆われた励起ファイバ３０の巻回部３５を、巻回部３５の一方の盤面を形成するように、励行ファイバ３０の中心軸が位置する平面と平行な面まで研磨する。励起ファイバ３０の研磨は、増幅用光ファイバ４０の研磨と同様に行えば良い。こうして、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２、及び、励起ファイバ３０のコア３１が平面状に露出した状態となる。
【００６０】
次に、増幅用光ファイバ４０の巻回部４５におけるクラッド４２の露出面４６と、励起ファイバ３０の巻回部３５におけるコア３１の露出面３６とを対向させて、図示しない接着剤で接着して、一体化する。
【００６１】
こうして、図４、５に示す光増幅部品５０を得る。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態の光増幅部品５０によれば、クラッド４２の側面が平面状に露出した露出面４６を有する増幅用光ファイバ４０と、コア３１の側面が平面上に露出した露出面３６を有する励起ファイバ３０とが、それぞれの露出面４６、３６が対向して、接続されている。従って、励起ファイバ３０のコア３１の側面から、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２の側面に励起光を入射することができ、サイドポンプを実現することができる。このため、励起ファイバ３０から増幅用光ファイバ４０に励起光が徐々に入射するので、増幅用光ファイバ４０の一部に励起光が集中することが防止でき、効率良く光を増幅することができる。そして、増幅用光ファイバ４０は、クラッド４２の中心軸が平面ＦＳＧ上に位置するように渦巻状に巻かれ、かつ、励起ファイバ３０は、コア３１の中心軸が平面ＦＳＰ上に位置するように渦巻状に巻回されるため、それぞれの露出面３６，４６が接続された状態において、励起ファイバ３０及び増幅用光ファイバ４０が渦巻状に巻回されている巻回部３５，４５は、全体として円盤状になる。従って、光増幅部品５０は、増幅用光ファイバ及び励起ファイバが束ねられる場合と比べて、表面積を増やすことができ、優れた放熱性が得られる。
【００６３】
このように、本実施形態の光ファイバ増幅器５及びファイバレーザ装置１は、光増幅部品５０が放熱性に優れるため、優れた信頼性を有することができる。
【００６４】
また、上述のように、光増幅部品５０において、増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０とは、互いに平行にされている。従って、励起ファイバ３０の露出面３６と増幅用光ファイバ４０の露出面４６とが接続される面積をより大きくすることができ、励起ファイバ３０から増幅用光ファイバ４０により多くの励起光を入射することができる。
【００６５】
さらに、増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０のそれぞれの巻回部４５，３５は、励起ファイバ３０のコア３１と増幅用光ファイバ４０のクラッド４２とが接続されている部分を除き、低屈折率樹脂５８で覆われているため、励起光が、励起ファイバ３０のコア３１、或いは、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２から放出されることを抑制することができる。
【００６６】
また、上述のように励起ファイバ３０及び増幅用光ファイバ４０が渦巻状に巻回されている巻回部３５，４５は、全体として、円盤状になる。従って、ヒートシンク６１，６２の接続面を平面にすることができ、容易にヒートシンク６１，６２を設けることができる。
【００６７】
なお、本実施形態において、増幅用光ファイバ４０は、巻回部４５において、クラッド４２の側面が平面ＦＳＧと平行な平面状に露出され、巻回部４５の一方の盤面を形成するように、平面状の露出面４６が形成されており、さらに、励起ファイバ３０は、巻回部３５において、コア３１の側面が平面ＦＳＰと平行な平面状に露出され、巻回部３５の一方の盤面を形成するように、平面状の露出面３６が形成されているとした。しかし本発明はこれに限らず、露出面４６と平面ＦＳＣとが平行でなくても良く、また、露出面４６と平面ＦＳＰとが平行でなくても良い。
【００６８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図７〜図９を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図７は、本実施形態に係る励起ファイバ３０ａの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図であり、図８は、本実施形態に係る増幅用光ファイバ４０ａの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図であり、図９は、本実施形態の光増幅部品を図５と同じ視点で示す図である。
【００６９】
本実施形態の光増幅部品は、第１実施形態の励起ファイバ３０に代わり、励起ファイバ３０ａを用い、第１実施形態の増幅用光ファイバ４０に代わり、増幅用光ファイバ４０ａを用いる点において、第１実施形態の光増幅部品と異なる。
【００７０】
図７に示すように、本実施形態の励起ファイバ３０ａは、コア３１が、内部コア３１ａと、内部コア３１ａを囲む外部コア３１ｂとから成る点において、第１実施形態の励起ファイバ３０と異なる。そして、励起ファイバ３０ａの内部コア３１ａは、ガラスから成る。このようなガラスとしては、第１実施形態のコア３１と同様の材料を挙げることができる。また、外部コア３１ｂは、内部コア３１ａと同等の屈折率を有する樹脂から成る。従って、光学的には、本実施形態の励起ファイバ３０ａと、第１実施形態の励起ファイバ３０とは、同等である。このような外部コア３１ｂの材料としては、シリコン系のＵＶ硬化樹脂を挙げることができる。
【００７１】
また、図８に示すように、本実施形態の増幅用光ファイバ４０ａは、クラッド４２が、コア４１を囲む内部クラッド４２ａと、内部クラッド４２ａを囲む外部クラッド４２ｂとから成る点において、第１実施形態の増幅用光ファイバ４０と異なる。そして、増幅用光ファイバ４０の内部クラッド４２ａは、ガラスから成る。このようなガラスとしては、第１実施形態のクラッド４２と同様の材料を挙げることができる。また、外部クラッド４２ｂは、内部クラッド４２ａと同等の屈折率を有する樹脂から成る。従って、光学的には、本実施形態の増幅用光ファイバ４０ａと、第１実施形態の増幅用光ファイバ４０とは、同等である。このため増幅用光ファイバ４０ａに入射する励起光は、内部クラッド４２ａと外部クラッド４２ｂから成るクラッド４２を主に伝播する。このような外部クラッド４２ｂの材料としては、励起ファイバ３０ａの外部コア３１ｂと同様の材料を挙げることができる。
【００７２】
そして、増幅用光ファイバ４０ａ及び励起ファイバ３０ａは、第１実施形態の増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０と同様に巻回されて、第１実施形態と同様にして、低屈折率樹脂５８で覆われる。さらに、図９に示すように、増幅用光ファイバ４０ａは、巻回部４５において、外部クラッド４２ｂが、平面ＦＳＧに平行な平面状に露出され、平面状の露出面４６が形成されている。具体的には、クラッド４２が露出していない状態の増幅用光ファイバ４０が渦巻状に巻回された状態において、樹脂クラッド４３の一部、及び、外部クラッド４２ｂの一部が、内部クラッド４２ａが線状に露出する程度の平面（平面ＦＳＧと平行な平面）まで除去されている。同様に、励起ファイバ３０は、巻回部３５において、外部コア３１ｂが、平面ＦＳＰに平行な平面状に露出され、平面状の露出面３６が形成されている。具体的には、コア３１が露出していない状態の励起ファイバ３０が渦巻状に巻回された状態において、クラッド３２の一部、及び、外部コア３１ｂの一部が、内部コア３１ａが線状に露出する程度の平面（平面ＦＳｐと平行な平面）まで除去されている。
【００７３】
そして、第１実施形態の光増幅部品５０と同様にして、増幅用光ファイバ４０ａの露出面４６と、励起ファイバ３０ａの露出面３６とが接続されている。
【００７４】
本実施形態の光増幅部品５０によれば、増幅用光ファイバ４０ａの外部クラッド４２ｂを構成する樹脂や、励起ファイバ３０ａの外部コア３１ｂを構成する樹脂は、ガラスと比べて切削や研磨により容易に除去することができる。従って、樹脂から成る外部クラッド４２ｂや外部コア３１ｂを有することにより、切削や研磨等により容易に増幅用光ファイバ４０ａや励起ファイバ３０ａのクラッド４２やコア３１を平面状に露出させることができる。また、内部クラッド４２ａや内部コア３１ａがガラスから構成されるため、励起光の損失を少なくすることができる。
【００７５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１０を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図１０は、本実施形態に係る光増幅部品を図５と同じ視点で示す図である。
【００７６】
本実施形態の光増幅部品は、第１実施形態の励起ファイバ３０に代わり、励起ファイバ３０ｂを用いる点において、第１実施形態の光増幅部品と異なる。
【００７７】
本実施形態の励起ファイバ３０ｂは、第１実施形態の励起ファイバ３０よりも小さな直径とされ、励起ファイバ３０ｂ同士が隙間なく隣り合い、コアの中心軸が平面ＦＳＧと平行な平面ＦＳＰ上に位置するようにして、渦巻状に巻回されている。なお、本実施形態においては、励起ファイバ３０ｂが巻回される方向は、第１実施形態と同様に、増幅用光ファイバ４０が巻回される方向と同様とされる。さらに、励起ファイバ３０ｂは、第１実施形態と同様に、巻回部において、コアの側面が平面ＦＳＰと平行な平面状に露出され、平面状の露出面３６が形成されている。そして、増幅用光ファイバ４０のクラッドの露出面４６と、励起ファイバ３０ｂのコアの露出面３６とが、互いに対向して、接続されている。
【００７８】
なお、第１実施形態においては、増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０が、共に同じピッチで同数巻回されて、増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０とが、互いに平行とされたが、本実施形態においては、励起ファイバ３０ｂの直径が、小さいため、増幅用光ファイバと、同じピッチではなく、更に異なる回数巻回されている。従って、本実施形態においては、増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０ｂとが、互いに非平行とされる。
【００７９】
このような光増幅部品においては、励起ファイバ３０のコアの露出面３６が増幅用光ファイバ４０のクラッドの露出面４６と接続されない部分が生じる場合があり、増幅用光ファイバ４０のクラッドの露出面４６が励起ファイバ３０のコアの露出面３６と接続されない部分が生じる場合がある。しかし、図１０に示すように、励起ファイバ３０ｂ及び増幅用光ファイバ４０は、励起ファイバ３０ｂのコアと増幅用光ファイバ４０のクラッドとが接続されている部分を除き、低屈折率樹脂５８で覆われているため、増幅用光ファイバ４０のクラッドの露出面４６と対向せずに露出した励起ファイバ３０のコアの露出面３６、及び、励起ファイバ３０のコアの露出面３６と対向せずに露出した増幅用光ファイバ４０のクラッドの露出面４６から、励起光が放出されることが抑制されている。
【００８０】
本実施形態の光増幅部品によれば、増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０ｂとが非平行とされるため、励起ファイバ３０ｂに沿って進む励起光が、増幅用光ファイバ４０に入射するときに、励起光の進行方向が乱れる。従って、増幅用光ファイバ４０内における励起光のスキューモードを抑制することができる。
【００８１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１１を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図１１は、本実施形態に係る光増幅部品を図４と同様に示す図である。
【００８２】
図１１に示すように本実施形態の光増幅部品においては、励起ファイバ３０と増幅用光ファイバ４０とが逆方向に巻回される点において、第１実施形態の光増幅部品５０と異なる。具体的には、本実施形態の増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０とは、内側から外側に向けて、図１１の実践の矢印で示す方向に巻かれ、この方向が逆回りになるものである。
【００８３】
本実施形態の光増幅部品によれば、確実に増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０とを非平行にすることができ、第３実施形態の光増幅部品と同様に、励起ファイバ３０に沿って進む励起光が、増幅用光ファイバ４０に入射するときに、励起光の進行方向が乱れる。従って、増幅用光ファイバ４０内における励起光のスキューモードを抑制することができる。
【００８４】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図１２を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図１２は、本実施形態に係る光増幅部品を図５と同じ視点で示す図である。
【００８５】
図１２に示すように、本実施形態の光増幅部品は、第１実施形態の励起ファイバ３０と同様の励起ファイバを第２励起ファイバ３０ｃとして備え、第２励起ファイバ３０ｃは、増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０と、同じ方向に同じピッチで同数巻回されて、盤状に形成される巻回部を有している。すなわち、第２励起ファイバ３０ｃは、コアの中心軸が平面ＦＳＰｃ上に位置するように巻回されている。さらに、第２励起ファイバ３０ｃは、巻回部において、コアの側面が、第２励起ファイバ３０ｃの巻回部の一方の盤面を形成するように、第２励起ファイバ３０ｃのコアの中心軸が位置する平面ＦＳＰｃと平行な平面状に露出され、平面状の露出面３６ｃが形成されている。
【００８６】
また、本実施形態の増幅用光ファイバ４０のクラッド４２は、励起ファイバ３０と接続される露出面４６と反対側の側面が、他方の盤面を形成するようにクラッド４２の中心軸が位置する平面ＦＳＧと平行な平面状に露出され、露出面４６ｃが形成されている。
【００８７】
そして、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２における励起ファイバ３０と接続される露出面４６と反対側の露出面４６ｃと、第２励起ファイバ３０ｃのコアの露出面３６ｃとが、対向して接続されている。
【００８８】
また、第２励起ファイバ３０ｃの増幅用光ファイバ４０側と反対側には、第１実施形態において、増幅用光ファイバ４０に接続されていたヒートシンク６１が設けられている。
【００８９】
本実施形態の光増幅部品によれば、増幅用光ファイバ４０を励起ファイバ３０及び第２励起ファイバ３０ｃで挟んで、励起ファイバ３０、第２励起ファイバ３０ｃのそれぞれによりサイドポンプを実現することができる。従って、より強度の強い励起光を増幅用光ファイバ４０に導入することができ、種光の増幅率をより高くすることができる。
【００９０】
なお、本実施形態において、増幅用光ファイバ４０は、巻回部４５において、励起ファイバ３０と接続される露出面４６と反対側の側面が、平面ＦＳＧと平行な平面状に露出され、巻回部４５の他方の盤面を形成するように、平面状の露出面４６ｃが形成されており、さらに、第２励起ファイバ３０ｃは、巻回部において、コアの側面が平面ＦＳＰｃと平行な平面状に露出され、巻回部の一方の盤面を形成するように、平面状の露出面３６ｃが形成されているとした。しかし本発明はこれに限らず、露出面４６ｃと平面ＦＳＣとが平行でなくても良く、また、露出面３６ｃと平面ＦＳＰとが平行でなくても良い。
【００９１】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について図１３を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図１３は、本実施形態に係るファイバレーザ装置２を示す図である。
【００９２】
図１３に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置２は、第１実施形態における光ファイバ増幅器５と同様の光ファイバ増幅器５と、増幅用光ファイバ４０の一方の端部に結合する第１共振用ファイバ１６と、増幅用光ファイバ４０の他方の端部に結合する第２共振用ファイバ１８と、第１共振用ファイバ１６に設けられる第１ミラーとしての第１ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）７１と、第２共振用ファイバ１８に設けられる第２ミラーとしての第２ＦＢＧ７２と、を主な構成として備える。
【００９３】
第１共振用ファイバ１６は、コア及びクラッドを有し、例えば、第１実施形態における種光用ファイバ１５と同じ構成とされる。そして、第１共振用ファイバ１６のコアと増幅用光ファイバ４０のコア４１とが結合するように、第１共振用ファイバ１６と増幅用光ファイバ４０とが接続されている。また、第１共振用ファイバ１６のコアには、第１ＦＢＧ７１が設けられており、第１ＦＢＧ７１は、増幅用光ファイバ４０のコア４１と結合している。第１ＦＢＧ７１は、増幅用光ファイバ４０のコア４１に添加されている活性元素が励起状態とされた場合に放出する自然放出光の一部の波長と同じ波長の光を反射し、反射率が、例えば１００％とされる。
【００９４】
第２共振用ファイバ１８は、コア及びクラッドを有し、例えば、第１共振用ファイバ１６と同様の構成とされる。第２共振用ファイバ１８は、増幅用光ファイバ４０と接続され、増幅用光ファイバ４０のコア４１と第２共振用ファイバ１８のコアとが結合している。また、第２共振用ファイバ１８のコアには、第２ＦＢＧ７２が設けられており、第２ＦＢＧ７２は、増幅用光ファイバ４０のコア４１と結合している。第２ＦＢＧ７２は、第１ＦＢＧ７１が反射する光と同じ波長の光を第１ＦＢＧ７１よりも低い反射率で反射する。第２ＦＢＧの反射率は、例えば３０％とされる。
【００９５】
このようなファイバレーザ装置２においては、まず、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から励起光が出射される。それぞれのレーザダイオード２１から出射される励起光は、上述のように、例えば、波長が９１５ｎｍとされる。そして、それぞれのレーザダイオード２１から出射された励起光は、それぞれの励起ポート２２を介して励起ファイバ３０のコアを伝播し、第１実施形態の光増幅部品５０と同様にして、増幅用光ファイバ４０のクラッド４２に入射する。増幅用光ファイバ４０のクラッドに入射した励起光は、クラッド４２を主に伝播する。そして、コア４１を通過するときにコア４１に添加されている活性元素に吸収されて、活性元素を励起状態にする。
【００９６】
こうして励起光により励起状態とされた活性元素から自然放出光が放出され、この自然放出光を元にして第１ＦＢＧ７１と第２ＦＢＧ７２との間で光の共振が起こる。共振する光は、第１ＦＢＧ７１及び第２ＦＢＧ７２の反射波長と同じ波長であり、この共振する光が、被増幅光として増幅用光ファイバ４０において励起された活性元素の誘導放出により増幅される。そして、増幅された光の一部が、第２ＦＢＧ７２を透過して、出射光として出射する。なお、第１ＦＢＧ７１を透過する光は、終端部材１７において熱に変換される。
【００９７】
本実施形態のファイバレーザ装置２によれば、光増幅部品５０が放熱性に優れるため、優れた信頼性を有することができる。
【００９８】
以上、本発明について、第１〜第６実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００９９】
例えば、増幅用光ファイバ４０や励起ファイバ３０、３０ａ、３０ｂ、及び、第２励起ファイバ３０ｃは、隙間をあけて巻回されても良い。
【０１００】
また、第１、第２実施形態において、意図的に増幅用光ファイバ４０と励起ファイバ３０をずらすことで、非平行としても良い。さらに、第２実施形態においては、第３実施形態のように、励起ファイバ３０ａの直径と増幅用光ファイバ４０ａの直径とを異なるようにしても良く、第４実施形態のように、励起ファイバ３０ａと増幅用光ファイバ４０ａとを異なる方向に巻回しても良い。さらに第１実施形態の励起ファイバ３０及び増幅用光ファイバ４０と、第２実施形態の励起ファイバ３０ａ及び増幅用光ファイバ４０ａとを適宜組み合わせても良い。
【０１０１】
また、第６実施形態において、第２実施形態〜第５実施形態の光増幅部品を用いても良い。
【０１０２】
また、ヒートシンク６１、６２は、必ずしも必要でなく、少なくとも一方のヒートシンクが無くても良い。
【０１０３】
また、上記実施形態においては、増幅用光ファイバ４０及び励起ファイバ３０が円盤状に巻かれていたが、略四角形を描くようにして、盤状に巻かれても良い。
【実施例】
【０１０４】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。
【０１０５】
（実施例１）
第２実施形態の光増幅部品と同様の光増幅部品を作製した。ただし、ヒートシンクは板状のアルミニウムとした。
【０１０６】
まず、イッテルビウム（Ｙｂ）が添加されたコアと、特にドーパントが添加されていない石英から成る内部クラッドとから成る増幅用光ファイバの半製体を作製した。コアの直径を１０μｍとし、内部クラッドの直径を３００μｍとした。そして、内部クラッドの外周面に厚さ３０μｍのシリコーン樹脂でコーティングして、外部クラッドとした。この内部クラッド、及び、外部クラッドの屈折率は、共に１．４５８とした。さらに、外部クラッドの外周面を内部クラッド及び外部クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂クラッドで被覆して、増幅用光ファイバとした。樹脂クラッドには、屈折率が１．３８０の樹脂を用いて、樹脂クラッドの厚さを５０μｍとした。
【０１０７】
次に、増幅用光ファイバの内部クラッドと同様の材料で、同様の直径を有する内部コアと、増幅用光ファイバの外部クラッドと同様の材料で、同様の外径を有する外部コアと、増幅用光ファイバの樹脂クラッドと同様の材料で、同様の外径を有するクラッドとから成る励起ファイバを作製した。
【０１０８】
次に、増幅用光ファイバを、長さ３０ｍに渡って、円盤状に巻回した。このとき、最小径２００ｍｍとなるようにして、増幅用光ファイバ同士が接するようにして巻回した。同様に、励起ファイバを、３０ｍに渡って、円盤状に巻回した。このとき最小径２００ｍｍとなるようにして、励起ファイバ同士が接するようにして巻回した。増幅用光ファイバ及び励起ファイバのそれぞれの巻回においては、増幅用光ファイバ及び励起ファイバが、それぞれアルミ板と石英板とで挟まれる状態として、巻回をした。
【０１０９】
次に、巻回した状態の増幅用光ファイバ及び励起ファイバのそれぞれの巻回部を屈折率が１．３８０でショア硬度が２５の低屈折率樹脂としてのフッ素化アクリル系樹脂で覆い、フッ素化アクリル系樹脂を硬化した。具体的には、紫外線硬化性のフッ化アクリル系樹脂を用いて、増幅用光ファイバを挟んでいるアルミ板と石英板との間、及び、励起ファイバを挟んでいるアルミ板と石英板との間に、この樹脂を含浸させて、石英板側から紫外線を照射し、樹脂を硬化させた。その後、石英板のみを剥がし、アルミ板は、そのままヒートシンクとした。
【０１１０】
次に、増幅用光ファイバの石英板を剥がした面を研磨し、内部クラッドが僅かに露出する程度まで、低屈折率樹脂、樹脂クラッド、外部クラッドを除去して、外部クラッドが平面状に露出する状態とした。このとき、外部クラッドの露出面の幅は２００μｍであった。同様に励起ファイバの石英板を剥がした面を研磨し、内部コアが僅かに露出する程度まで、低屈折率樹脂、クラッド、外部コアを除去して、外部コアが平面状に露出する状態とした。このとき、外部コアの露出面の幅は２００μｍであった。
【０１１１】
そして、増幅用光ファイバのクラッドの露出面と、励起ファイバのコアの露出面が一致するように、屈折率が１．４５８の樹脂で接続した。
【０１１２】
こうして光増幅部品とした。
【０１１３】
次に、増幅用光ファイバの両端にＦＢＧを設け、一方のＦＢＧは、略１００％の信号光の反射率を有し、他方のＦＢＧは略１０％の信号光の反射率を有するようにした。
【０１１４】
また、励起ファイバの両端に１×１９ポートのポンプコンバイナを接続して、コア径が１０５μｍでガラスクラッド径が１２５μｍのファイバから成る１９本の励起ポートのコアと、励起ファイバのコアとを結合させた。
【０１１５】
そして、それぞれの励起ポートのコアに波長が９１５ｎｍで強度が８Ｗの励起光を入射した。従って、励起ファイバに入射する励起光は、約３００Ｗとなる。このとき共振が生じて、出射光は波長が１０８０ｎｍで強度が１９０Ｗであった。６０％を超える高い増幅率とすることができた。
【０１１６】
このとき、光増幅部品の温度は、４７℃と低い温度であった。従って、本発明の光増幅部品は、放熱性に優れることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
以上説明したように、本発明によれば、放熱性に優れる光増幅部品、及び、それを用いた光ファイバ増幅器及びファイバレーザ装置が提供される。
【符号の説明】
【０１１８】
１，２・・・ファイバレーザ装置
５・・・光ファイバ増幅器
１０・・・種光源
１５・・・種光用ファイバ
１６・・・第１共振用ファイバ
１８・・・第２共振用ファイバ
２０・・・励起光源
２１・・・レーザダイオード
２２・・・励起ポート
２３・・・コンバイナ
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ・・・励起ファイバ
３１・・・コア
３１ａ・・・内部コア
３１ｂ・・・外部コア
３２・・・クラッド
３５・・・巻回部
３６，３６ｃ・・・露出面
４０，４０ａ・・・増幅用光ファイバ
４１・・・コア
４２・・・クラッド
４２ａ・・・内部クラッド
４２ｂ・・・外部クラッド
４３・・・樹脂クラッド
４５・・・巻回部
４６，４６ｃ・・・露出面
５０・・・光増幅部品
５８・・・低屈折率樹脂
６１，６２・・・ヒートシンク
７１・・・第１ＦＢＧ（第１ミラー）
７１・・・第２ＦＢＧ（第２ミラー）
ＦＳＧ，ＦＳＰ，ＦＳＰｃ・・・平面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性元素が添加されるコアと、前記活性元素を励起する励起光を伝播するクラッドと、を有する増幅用光ファイバと、
前記励起光を伝播するコアを有する励起ファイバと、
を備え、
前記増幅用光ファイバは、前記クラッドの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻回された盤状の巻回部を有し、前記増幅用光ファイバの前記巻回部において、前記クラッドの側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、
前記励起ファイバは、前記コアの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻回された盤状の巻回部を有し、前記励起ファイバの前記巻回部において、前記コアの側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、
前記増幅用光ファイバの前記クラッドの前記露出面と、前記励起ファイバの前記コアの前記露出面とが、対向して接続される
ことを特徴とする光増幅部品。
【請求項２】
前記増幅用光ファイバと前記励起ファイバとが、互いに非平行に巻回されていることを特徴とする請求項１に記載の光増幅部品。
【請求項３】
前記増幅用光ファイバと前記励起ファイバとが、互いに逆向きに巻回されていることを特徴とする請求項２に記載の光増幅部品。
【請求項４】
前記増幅用光ファイバと前記励起ファイバとが、互いに平行に巻回されていることを特徴とする請求項１に記載の光増幅部品。
【請求項５】
前記増幅用光ファイバの前記クラッドは、前記活性元素が添加されるコアを囲み、ガラスから構成される内部クラッドと、前記内部クラッドを囲み、前記内部クラッドと屈折率が同等の樹脂から成る外部クラッドと、から成り、
前記外部クラッドの一部が平面状に露出されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光増幅部品。
【請求項６】
前記励起ファイバの前記コアは、ガラスから構成される内部コアと、前記内部コアを囲み前記内部コアと屈折率が同等の樹脂から成る外部コアと、から成り、
前記外部コアの一部が平面状に露出されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光増幅部品。
【請求項７】
前記増幅用光ファイバの前記巻回部、及び、前記励起ファイバの前記巻回部は、前記励起ファイバの前記コアと前記増幅用光ファイバの前記クラッドとが接続されている部分を除き、前記励起ファイバの前記コア、及び、前記増幅用光ファイバの前記クラッドよりも屈折率が低い低屈折率樹脂で覆われていることを特徴とする請求項１〜６に記載の光増幅部品。
【請求項８】
前記励起ファイバの前記露出面と反対側、及び、前記増幅用光ファイバの前記露出面と反対側の少なくとも一方は、ヒートシンクに接続される
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項の記載の光増幅部品。
【請求項９】
前記励起ファイバと同様の励起ファイバを第２励起ファイバとして更に備え、
前記第２励起ファイバは、コアの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻回された盤状の巻回部を有し、前記第２励起ファイバの前記巻回部において、前記コアの側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、
前記増幅用光ファイバは、前記励起ファイバと接続される前記露出面と反対側の側面が、他方の盤面を形成するように平面状に露出され、
前記増幅用光ファイバの前記クラッドにおける前記励起ファイバと接続される前記露出面と反対側の露出面と、前記第２励起ファイバの前記コアの露出面とが、対向して接続される
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光増幅部品。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光増幅部品と、
前記励起ファイバの前記コアに入射される前記励起光を出射する励起光源と、
を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光増幅部品と、
前記増幅用光ファイバの前記コアに入射される種光を出射する種光源と、
前記励起ファイバの前記コアに入射される前記励起光を出射する励起光源と、
を備えることを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光増幅部品と、
前記励起ファイバの前記コアに入射される前記励起光を出射する励起光源と、
前記増幅用光ファイバの一端側に設けられ、前記励起光により励起された前記活性元素が放出する光の少なくとも一部を反射するミラーと、
前記増幅用光ファイバの他端側に設けられ、前記第１ミラーが反射する光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、
を備えることを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項１】
活性元素が添加されるコアと、前記活性元素を励起する励起光を伝播するクラッドと、を有する増幅用光ファイバと、
前記励起光を伝播するコアを有する励起ファイバと、
を備え、
前記増幅用光ファイバは、前記クラッドの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻回された盤状の巻回部を有し、前記増幅用光ファイバの前記巻回部において、前記クラッドの側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、
前記励起ファイバは、前記コアの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻回された盤状の巻回部を有し、前記励起ファイバの前記巻回部において、前記コアの側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、
前記増幅用光ファイバの前記クラッドの前記露出面と、前記励起ファイバの前記コアの前記露出面とが、対向して接続される
ことを特徴とする光増幅部品。
【請求項２】
前記増幅用光ファイバと前記励起ファイバとが、互いに非平行に巻回されていることを特徴とする請求項１に記載の光増幅部品。
【請求項３】
前記増幅用光ファイバと前記励起ファイバとが、互いに逆向きに巻回されていることを特徴とする請求項２に記載の光増幅部品。
【請求項４】
前記増幅用光ファイバと前記励起ファイバとが、互いに平行に巻回されていることを特徴とする請求項１に記載の光増幅部品。
【請求項５】
前記増幅用光ファイバの前記クラッドは、前記活性元素が添加されるコアを囲み、ガラスから構成される内部クラッドと、前記内部クラッドを囲み、前記内部クラッドと屈折率が同等の樹脂から成る外部クラッドと、から成り、
前記外部クラッドの一部が平面状に露出されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光増幅部品。
【請求項６】
前記励起ファイバの前記コアは、ガラスから構成される内部コアと、前記内部コアを囲み前記内部コアと屈折率が同等の樹脂から成る外部コアと、から成り、
前記外部コアの一部が平面状に露出されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光増幅部品。
【請求項７】
前記増幅用光ファイバの前記巻回部、及び、前記励起ファイバの前記巻回部は、前記励起ファイバの前記コアと前記増幅用光ファイバの前記クラッドとが接続されている部分を除き、前記励起ファイバの前記コア、及び、前記増幅用光ファイバの前記クラッドよりも屈折率が低い低屈折率樹脂で覆われていることを特徴とする請求項１〜６に記載の光増幅部品。
【請求項８】
前記励起ファイバの前記露出面と反対側、及び、前記増幅用光ファイバの前記露出面と反対側の少なくとも一方は、ヒートシンクに接続される
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項の記載の光増幅部品。
【請求項９】
前記励起ファイバと同様の励起ファイバを第２励起ファイバとして更に備え、
前記第２励起ファイバは、コアの中心軸が平面上に位置するように渦巻状に巻回された盤状の巻回部を有し、前記第２励起ファイバの前記巻回部において、前記コアの側面が、一方の盤面を形成するように平面状に露出され、
前記増幅用光ファイバは、前記励起ファイバと接続される前記露出面と反対側の側面が、他方の盤面を形成するように平面状に露出され、
前記増幅用光ファイバの前記クラッドにおける前記励起ファイバと接続される前記露出面と反対側の露出面と、前記第２励起ファイバの前記コアの露出面とが、対向して接続される
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光増幅部品。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光増幅部品と、
前記励起ファイバの前記コアに入射される前記励起光を出射する励起光源と、
を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光増幅部品と、
前記増幅用光ファイバの前記コアに入射される種光を出射する種光源と、
前記励起ファイバの前記コアに入射される前記励起光を出射する励起光源と、
を備えることを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光増幅部品と、
前記励起ファイバの前記コアに入射される前記励起光を出射する励起光源と、
前記増幅用光ファイバの一端側に設けられ、前記励起光により励起された前記活性元素が放出する光の少なくとも一部を反射するミラーと、
前記増幅用光ファイバの他端側に設けられ、前記第１ミラーが反射する光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、
を備えることを特徴とするファイバレーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２１２７６３（Ｐ２０１２−２１２７６３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７７２４５（Ｐ２０１１−７７２４５）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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