光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いたファイバレーザ装置
【課題】 励起光を効率的に吸収させることができる光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いたファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 ファイバレーザ装置１における光学部品付き増幅用光ファイバは、活性元素が添加されるコア３１と、コア３１を伝播する被増幅光を増幅するための励起光が伝播するクラッド３２とを有する増幅用光ファイバ３０と、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５側において、一端がクラッド３２の一部と結合し、他端がクラッド３２の少なくとも他の一部と結合する少なくとも１本の光ファイバ５３ａ〜５３ｆを備える光学部品５０と、を備える。
【解決手段】 ファイバレーザ装置１における光学部品付き増幅用光ファイバは、活性元素が添加されるコア３１と、コア３１を伝播する被増幅光を増幅するための励起光が伝播するクラッド３２とを有する増幅用光ファイバ３０と、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５側において、一端がクラッド３２の一部と結合し、他端がクラッド３２の少なくとも他の一部と結合する少なくとも１本の光ファイバ５３ａ〜５３ｆを備える光学部品５０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いたファイバレーザ装置に関し、特に、励起光を効率的に吸収することができる光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いたファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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は、クラッドに被覆されたコアに光を増幅させるための活性元素が添加された増幅用光ファイバが用いられている。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、この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力されるというものである。従って、増幅用光ファイバに入力された励起光は活性元素に無駄なく吸収されることが望ましい。しかし、増幅用光ファイバにおいては、励起光の一部がクラッドのみを伝播して活性元素に吸収されないスキューモードが生じることが知られている。
【０００４】
下記特許文献１には、このようなスキューモードを抑制する増幅用光ファイバが記載されている。この増幅用光ファイバにおいては、クラッドの断面における外形が四角形にされたり、クラッドの一部に励起光の散乱手段が設けられている。こうしてこの増幅用光ファイバは、スキューモードの光を散乱させて、散乱させた光がコアを通過するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４７９２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、スキューモードの光を完全に散乱させることは困難であり、散乱しなかったスキューモードの光は、増幅用光ファイバから出力されてしまう。また、増幅用光ファイバは、励起光のうちスキューモードではない光であっても、活性元素に吸収されずに、その一部が出力される場合がある。このように励起光の一部が出力されてしまうと、増幅用光ファイバにおける増幅効率が低下する。このため、増幅用光ファイバにおいて励起光が効率良く吸収されることが望まれている。
【０００７】
そこで、本発明は、励起光を効率的に吸収することができる光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いた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】
本発明の光学部品付き増幅用光ファイバは、活性元素が添加されるコアと、前記コアを伝播する被増幅光を増幅するための励起光が伝播するクラッドとを有する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一方の端部側において、一端が前記クラッドの一部と結合し、他端が前記クラッドの少なくとも他の一部と結合する少なくとも１本の光ファイバを備える光学部品と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバの他方の端部や増幅用光ファイバの途中から励起光が入力されて、増幅用光ファイバの一方の端部におけるクラッドから励起光が出力する場合においても、クラッドの一部から出力する励起光は、光学部品の光ファイバの一端から光ファイバに入力する。そして、この励起光は、光ファイバを伝播して、光ファイバの他端から出力して、再び増幅用光ファイバクラッドに入力する。一方、増幅用光ファイバのクラッドの他の一部から出力する励起光の少なくとも一部は、光学部品の光ファイバの他端から光ファイバに入力する。そして、この励起光は、光ファイバを伝播して、光ファイバの一端から出力して、再び増幅用光ファイバのクラッドに入力する。こうして再び増幅用光ファイバのクラッドに入力した励起光は、コアを通過するときに活性元素に吸収される。このように、本発明の光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバから出力する励起光を再び増幅用光ファイバに入力することができるため、増幅用光ファイバにおいて、励起光を効率的に吸収することができる。
【００１０】
なお、本明細書において、「結合」とは、特に言及する場合を除いて、光学的な結合を意味する。
【００１１】
また、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光ファイバの前記一端が結合する前記クラッドの前記一部は、前記光ファイバの前記他端が結合する前記クラッドの前記他の一部よりも、前記増幅用光ファイバの外周側に位置していることが好ましい。
【００１２】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバの一方の端部において、クラッドの外周側から出力した励起光を、クラッドの内周側に入力することができる。ところで、増幅用光ファイバのクラッドを伝播する励起光のうちスキューモードの光は、クラッドの外周側を主に伝播する。従って、このような光学部品によれば、クラッドの外周側から出力されるスキューモードの光をクラッドの内周側に入力することで、増幅用光ファイバにおいてコアを通過し易くすることができる。従って、増幅用光ファイバにおいて、励起光をより効率的に吸収することができる。
【００１３】
さらに、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光ファイバの前記一端における断面積は、前記光ファイバの前記他端における断面積よりも大きいことがより好ましい。
【００１４】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバのクラッドの外周側から出力される励起光をより多く増幅用光ファイバの内周側に入力することができる。従って、より多くのスキューモードの光を光学部品の光ファイバを介して、増幅用光ファイバのクラッドの内周側に入力することができる。
【００１５】
また、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光ファイバは、接合部を有しないことが好ましい。
【００１６】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、接合部による励起光の損失が無いため、増幅用光ファイバから出力された励起光を効率よく増幅用光ファイバに再入力することができる。
【００１７】
また、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光学部品は、前記光ファイバを複数備えることが好ましい。
【００１８】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバから出力された励起光をより効率よく増幅用光ファイバに再入力することができる。
【００１９】
さらに、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光ファイバの少なくとも一組は、互いに異なる光路長であることが好ましい。
【００２０】
同時に増幅用光ファイバから同じ位相で出力した励起光が、光ファイバを介して、再び同じ位相で増幅用光ファイバに入力すると、モード干渉により、再入力した励起光の強度が低下する場合がある。しかし、このような光学部品によれば、互いに異なる光路長のそれぞれの光ファイバに同じ位相で入力した励起光が、光ファイバから同じ位相で出力することが抑制される。従って、互いに光路長が異なるそれぞれの光ファイバから出力されて増幅用光ファイバに再入力する励起光において、モード干渉が生じることを抑制することができる。
【００２１】
また、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光学部品は、複数の貫通孔を有するキャピラリをさらに備え、前記光ファイバの前記一端及び前記他端は、それぞれ前記貫通孔を貫通するように、前記貫通孔に挿入されていることが好ましい。
【００２２】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、キャピラリの貫通孔の位置を調整して、キャピラリの位置を調整することにより、容易に光ファイバの一端及び他端を増幅用光ファイバのクラッドと結合させることができる。
【００２３】
さらに、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光ファイバと前記キャピラリとが一体とされていることが好ましい。
【００２４】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、キャピラリと光ファイバとがずれることを防止することができる。
【００２５】
また、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光学部品は、前記増幅用光ファイバと前記光ファイバとの間に配置され、前記増幅用光ファイバの前記コアと結合するブリッジコアと、前記増幅用光ファイバの前記クラッド、及び、前記光ファイバの一端及び他端と結合するブリッジクラッドとを有するブリッジファイバをさらに備え、前記ブリッジクラッドは、前記増幅用光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバの前記クラッドの外径以上の外径とされ、前記光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバ側の端部よりも大きな外径とされることが好ましい。
【００２６】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、光ファイバ側におけるブリッジファイバのクラッドが、増幅用光ファイバ側におけるクラッドよりも大きな外径とされているため、光ファイバを増幅用光ファイバと結合させるときに、容易に光ファイバの位置を調整することができる。
【００２７】
また、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光学部品は、前記増幅用光ファイバの前記一方の端部側において、前記コアと結合する第２光ファイバをさらに備えることが好ましい。
【００２８】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバのコアから出力される出力光を、光学部品の第２光ファイバを介して容易に出力することができる。
【００２９】
さらに、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光学部品は、複数の貫通孔を有するキャピラリをさらに備え、前記光ファイバの前記一端及び前記他端、及び、前記第２光ファイバは、それぞれ前記貫通孔を貫通するように、前記貫通孔に挿入されていることが好ましい。
【００３０】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、キャピラリの貫通孔の位置を調整して、キャピラリの位置を調整することにより、光ファイバの一端及び他端を増幅用光ファイバのクラッドと容易に結合させると共に、第２光ファイバを増幅用光ファイバのコアと容易に結合させることができる。
【００３１】
さらに、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光ファイバ及び前記第２光ファイバと前記キャピラリとが一体とされていることが好ましい。
【００３２】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、キャピラリと光ファイバ及び第２光ファイバとがずれることを防止することができる。
【００３３】
また、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光学部品は、前記増幅用光ファイバと前記光ファイバとの間に配置され、前記増幅用光ファイバの前記コア、及び、前記第２光ファイバと結合するブリッジコアと、前記増幅用光ファイバの前記クラッド、及び、前記光ファイバの一端及び他端と結合するブリッジクラッドとを有するブリッジファイバをさらに備え、前記ブリッジクラッドは、前記増幅用光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバの前記クラッドの外径以上の外径とされ、前記光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバ側の端部よりも大きな外径とされことが好ましい。
【００３４】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、光ファイバ側におけるブリッジファイバのクラッドが、増幅用光ファイバ側におけるクラッドよりも大きな外径とされているため、光ファイバ及び第２光ファイバを増幅用光ファイバと結合させるときに、容易に光ファイバ及び第２光ファイバの位置を調整することができる。
【００３５】
また、本発明のファイバレーザ装置は、上記のいずれかの光学部品付き増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの前記コアを伝播する種光を出力する種光源と、前記増幅用光ファイバの前記クラッドを伝播する励起光を出力する励起光源と、を備え、前記励起光源から出力された前記励起光は、前記増幅用光ファイバの他方の端部側から前記一方の端部側に向かう方向に沿って、前記クラッドを伝播することを特徴とするものである。
【００３６】
このようなファイバレーザ装置によれば、クラッドを伝播する励起光が増幅用光ファイバの一方の端部から出力される場合においても、増幅用光ファイバと結合される光学部品の光ファイバにより、出力された励起光の少なくとも一部を増幅用光ファイバに再び入力することができるので、増幅用光ファイバにおいて、励起光を効率的に吸収することができる。従って、効率的に種光を増幅することができる。
【００３７】
また、本発明のファイバレーザ装置は、上記のいずれかの光学部品付き増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの前記クラッドを伝播する励起光を出力する励起光源と、前記増幅用光ファイバの両端側において前記増幅用光ファイバの前記コアと結合し、前記活性元素が放出する自然放出光の少なくとも１部の波長の光を互いに異なる反射率で反射する一組のミラーと、を備え、前記励起光源から出力された前記励起光は、前記増幅用光ファイバの他方の端部側から前記一方の端部側に向かう方向に沿って、前記クラッドを伝播することを特徴とするものである。
【００３８】
このようなファイバレーザ装置によれば、クラッドを伝播する励起光が増幅用光ファイバの一方の端部から出力される場合においても、増幅用光ファイバと結合される光学部品の光ファイバにより、出力された励起光の少なくとも一部を増幅用光ファイバに再び入力することができるので、増幅用光ファイバにおいて、励起光を効率的に吸収することができる。従って、一組のミラーの間で共振する光を効率的に増幅することができる。
【発明の効果】
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、励起光を効率的に吸収することができる光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いたファイバレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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模式図である。
【図２】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３】図１の光学部品のIII−III線の断面における構造の様子を示す図である。
【図４】図１の光学部品の長手方向に沿った断面における構造の様子を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態におけるファイバレーザ装置の光学部品の長手方向に沿った断面における構造の様子を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態におけるファイバレーザ装置の光学部品の長手方向に沿った断面における構造の様子を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係るファイバレーザ装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明に係る光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いた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。
【００４２】
（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を示す模式図である。
【００４３】
図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、種光を出力する種光源１０と、励起光を出力する励起光源２０と、種光及び励起光が入力する増幅用光ファイバ３０と、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５において増幅用光ファイバに結合する光学部品５０と、増幅用光ファイバ３０から出力する出力光が入力する出力用ファイバ１６と、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６において出力用ファイバ１６及び励起光源２０と増幅用光ファイバ３０とを結合するコンバイナ４０と、を主な構成として備え、光学部品５０と増幅用光ファイバ３０とにより光学部品付き増幅用光ファイバが構成されている。
【００４４】
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から出力される種光は、特に制限されるものではないが、例えば、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伝播用ファイバ１５に接続されており、種光源１０から出力される種光は、種光伝播用ファイバ１５のコアを伝播する。種光伝播用ファイバ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、種光は種光伝播用ファイバ１５をシングルモード光として伝播する。
【００４５】
励起光源２０は、複数のレーザダイオード２１から構成され、上述のように種光の波長が１０７０ｎｍの場合、例えば、波長が９１５ｎｍの励起光を出力する。また、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１は、励起光伝播用ファイバ２２に接続されており、レーザダイオード２１から出力される励起光は、励起光伝播用ファイバ２２を伝播する。励起光伝播用ファイバ２２としては、例えば、マルチモードファイバが挙げられ、この場合、励起光は励起光伝播用ファイバ２２をマルチモード光として伝播する。
【００４６】
図２は、増幅用光ファイバ３０の長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。図２に示すように、増幅用光ファイバ３０は、コア３１と、コア３１を被覆するクラッド３２と、クラッド３２を被覆する樹脂クラッド３３と、樹脂クラッド３３を被覆する被覆層３４とから構成される。クラッド３２の屈折率はコア３１の屈折率よりも低く、樹脂クラッド３３の屈折率はクラッド３２の屈折率よりもさらに低くされている。このような、コア３１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から出力される励起光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素が添加された石英が挙げられる。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）等が挙げられる。また、クラッド３２を構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英が挙げられる。また、樹脂クラッド３３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、被覆層３４を構成する材料としては、例えば、樹脂クラッド３３を構成する樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂が挙げられる。
【００４７】
出力用ファイバ１６は、コア、及び、コアを被覆するクラッドから構成され、例えば、種光伝播用ファイバ１５と同様のシングルモードファイバから構成される。そして、出力用ファイバ１６の一方の端部が出力端とされている。
【００４８】
コンバイナ４０は、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６において、出力用ファイバ１６及びそれぞれの励起光伝播用ファイバ２２と、増幅用光ファイバ３０とを接続している。具体的には、コンバイナ４０において、出力用ファイバ１６のコアが、増幅用光ファイバ３０のコア３１に端面接続されている。さらにコンバイナ４０において、それぞれの励起光伝播用ファイバ２２のコアが、クラッド３２に端面接続されている。従って、励起光源２０から出力する励起光は、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６側からクラッド３２に入力され、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６から出力する出力光は、出力用ファイバ１６に入力する。このようにファイバレーザ装置１は、増幅用光ファイバ３０の出力側から励起光が入力する、いわゆる後方励起型のファイバレーザ装置とされている。
【００４９】
図３は、図１の光学部品５０のIII−III線の断面における構造の様子を示す図であり、図４は、光学部品の長手方向に沿った断面における構造の様子を示す図である。図３、図４に示すように、光学部品５０は、複数の貫通孔を有するキャピラリ５１と、キャピラリ５１の複数の貫通孔に両方の端部が挿入されている複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆと、キャピラリ５１の貫通孔に一方の端部が挿入されている第２光ファイバ５２とを備える。
【００５０】
図３、４に示すようにキャピラリ５１は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の外径と略同じ直径を有する円柱形の形状をしており、一端５１ａから他端５１ｂまで貫通している複数の貫通孔が形成されている。
【００５１】
また、第２光ファイバ５２は、コアとクラッドとを有し、本実施形態においては、第２光ファイバのコアとクラッドは、互いに屈折率差を有する石英から構成されている。そして、第２光ファイバ５２の一端は、キャピラリ５１の直径方向の中心に形成された貫通孔に、この貫通孔を貫通するように挿入されており、第２光ファイバの一端がキャピラリ５１の他端５１ｂと面一にされている。なお、図３、４においては、第２光ファイバ５２のクラッドが省略されている。
【００５２】
また、複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆは、コアとクラッドとを有し、本実施形態においては、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆのコアとクラッドは、互いに屈折率差を有する石英から構成されている。この光ファイバ５３ａ〜５３ｆのコアとクラッドとの屈折率差は、コアに励起光源２０から出力される励起光と同じ波長の光を閉じ込めることができるように設定され、さらに、後述のように複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆがループ状に曲げられる場合においても、コアに励起光源２０から出力される励起光と同じ波長の光が閉じ込められるように設定されている。また、本実施形態において、複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆは、互いに光学特性が同じであり、互いに異なる長さとされている。このため、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆは、互いに異なる光路長を有している。
【００５３】
このようなそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端は、キャピラリ５１の外周側に形成された貫通孔に、それぞれの貫通孔を貫通するように挿入されており、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端がキャピラリ５１の他端５１ｂと面一にされている。さらに、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの他端は、第２光ファイバと隣り合うように形成されたキャピラリ５１の内周側の貫通孔に、それぞれの貫通孔を貫通するように挿入されており、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの他端がキャピラリ５１の他端５１ｂと面一にされている。従って、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆは、途中でループ状に曲げられて、両端が同じ方向を向いて、それぞれの端部がキャピラリ５１に形成された貫通孔に一端５１ａ側から挿入されている。なお、図３、４においては、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆクラッドが省略されている。
【００５４】
そして、このように一端がキャピラリ５１の貫通孔に挿入された第２光ファイバ５２、及び、両端がキャピラリ５１の貫通孔に挿入された複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆと、キャピラリ５１とが一体にされている。第２光ファイバ５２及び複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆとキャピラリ５１とを一体にするには、第２光ファイバ、及び、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端及び他端を複数の貫通孔に挿入した状態で、キャピラリ５１を加熱すれば良い。このような、加熱には、ＣＯ２レーザや酸水素炎や放電加工を用いることができる。
【００５５】
この光学部品５０は、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５に接続されている。具体的には、増幅用光ファイバ３０のコア３１と第２光ファイバ５２のコアとが接続するように増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５と、光学部品５０のキャピラリ５１の他端５１ｂとが接続されている。こうして、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆは、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５側において、一端がクラッド３２の外周側でクラッド３２の一部と結合し、他端がクラッド３２の内周側でクラッド３２の他の一部と結合している。
【００５６】
なお、第２光ファイバ５２のコアは、増幅用光ファイバ３０のコア３１と同じ屈折率とされ、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆのコアは、増幅用光ファイバ３０のクラッドと同じ屈折率とされることが好ましい。この場合、第２光ファイバ５２のコアを構成する材料は、例えば、増幅用光ファイバ３０のコア３１の材料の様に、屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素が添加された石英とされれば良い。また、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆのコアを構成する材料は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の材料の様に、何もドーパントが添加されていない純粋な石英とされれば良い。
【００５７】
また、図１に示すように、種光伝播用ファイバ１５と、第２光ファイバ５２とが接続されており、種光伝播用ファイバ１５のコアと第２光ファイバ５２のコアとが結合している。
【００５８】
次にファイバレーザ装置１の動作について説明する。
【００５９】
まず、種光源１０から被増幅光としての種光が出力されると共に、励起光源２０から励起光が出力される。このとき種光源１０から出力される種光は、上述のように、例えば、波長が１０７０ｎｍとされる。種光源１０から出力された種光は、種光伝播用ファイバ１５のコアを伝播して、光学部品５０の第２光ファイバ５２に入力されて、第２光ファイバ５２を伝播する。そして、種光は、第２光ファイバ５２から出力されて、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５からコア３１に入力して、コア３１を伝播する。
【００６０】
一方、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から出力される励起光は、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から出力された励起光は、励起光伝播用ファイバ２２を伝播しコンバイナ４０に入力し、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６からクラッド３２に入力して、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６側から一方の端部３５側に向かう方向に沿って、クラッド３２を主に伝播する。
【００６１】
そして、増幅用光ファイバ３０において、励起光がコア３１を通過するときに、コア３１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、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、出力光として増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６から出力されて、出力用ファイバ１６に入力される。そして、出力用ファイバ１６の出力端から出力される。
【００６２】
そして、増幅用光ファイバ３０のコア３１から出力した出力光は、出力用ファイバ１６に入力して、出力用ファイバの出力端から出力される。
【００６３】
このとき、増幅用光ファイバ３０において、活性元素に吸収されないスキューモード等からなる励起光の一部は、クラッド３２を主に伝播し、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５から出力される。そして、出力された励起光の一部は、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆに入力する。具体的には、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５において、クラッド３２の外周側から出力する励起光は、キャピラリ５１の外周側の貫通孔に挿入されたそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端から入力する。同様に、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５において、クラッド３２の内周側から出力する励起光は、キャピラリ５１の内周側の貫通孔に挿入されたそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの他端から入力する。そして、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端から入力した励起光は、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの他端から出力され、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの他端から入力した励起光は、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端から出力される。こうしてそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端及び他端から出力された励起光は再び増幅用光ファイバ３０のクラッド３２に入力して、クラッド３２を主に伝播しながら活性元素に吸収される。
【００６４】
なお、上述のように複数の光ファイバ５３ａから５３ｆは互いに異なる光路長とされている。従って、増幅用光ファイバ３０から同じ位相で出力した励起光が、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆから同じ位相で出力することが抑制される。従って、それぞれの光ファイバから出力されて増幅用光ファイバ３０に再入力する励起光において、モード干渉が生じることを抑制することができる。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態の光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６から励起光が入力されて、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５におけるクラッド３２から励起光が出力する場合においても、クラッド３２の一部としての外周側から出力する励起光は、光学部品５０のそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端からそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆに入力する。そして、この励起光は、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆを伝播して、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの他端から出力して、再び増幅用光ファイバ３０のクラッド３２に入力する。一方、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の他の一部としての内周側から出力する励起光は、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの他端からそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆに入力する。そして、この励起光は、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆを伝播して、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端から出力して、再び増幅用光ファイバ３０のクラッド３２に入力する。こうして再び増幅用光ファイバ３０のクラッド３２に入力した励起光は、コア３１を通過するときに活性元素に吸収される。このように、本実施形態の光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバ３０から出力する励起光を再び増幅用光ファイバ３０に入力することができるため、増幅用光ファイバ３０において、励起光を効率的に吸収することができる。従って、本実施形態のファイバレーザ装置１は、効率的に種光を増幅することができる。
【００６６】
また、光学部品５０は、クラッド３２の外周側から出力した励起光を、クラッド３２の内周側に入力することができる。ところで、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２を伝播する励起光のうちスキューモードの光は、クラッド３２の外周側を主に伝播する。従って、光学部品付き増幅用光ファイバによれば、クラッド３２の外周側から出力されるスキューモードの光をクラッド３２の内周側に入力することで、増幅用光ファイバ３０においてコア３１を通過し易くすることができる。従って、増幅用光ファイバ３０において、励起光をより効率的に吸収することができる。
【００６７】
また、光学部品５０は、キャピラリ５１の貫通孔に第２光ファイバ５２及びそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの両端が挿入されているため、キャピラリ５１の貫通孔の位置を事前に調整して、キャピラリ５１の位置を調整することにより、容易にそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端及び他端を増幅用光ファイバ３０のクラッド３２と結合させることができる。
【００６８】
なお、第２光ファイバ５２のコアが、増幅用光ファイバ３０のコア３１と同じ屈折率とされる場合、増幅用光ファイバ３０のコア３１から出力される出力光が、第２光ファイバ５２に入力され易くなる。また、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆのコアが、増幅用光ファイバ３０のクラッドと同じ屈折率とされる場合、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２から出力される出力光が、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆに入力され易くなり、さらに、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆから出力される励起光が、クラッド３２に入力され易くなる。
【００６９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５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５は、本発明の第２実施形態におけるファイバレーザ装置の光学部品の長手方向に沿った断面における構造の様子を示す図である。
【００７０】
図５に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置は、光学部品５０がブリッジファイバ６０を有し、キャピラリ５１の直径が、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の外径よりも大きな点において、第１実施形態のファイバレーザ装置１と異なる。
【００７１】
ブリッジファイバ６０は、ブリッジコア６１と、ブリッジクラッド６２とを有する。そして、このブリッジファイバ６０は、キャピラリ５１と増幅用光ファイバ３０との間に配置されており、複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆ側の端部である一端６５において、ブリッジクラッド６２がキャピラリ５１の直径と同じ外径とされている。また、ブリッジファイバ６０は、増幅用光ファイバ３０側の端部である他端６６において、ブリッジクラッド６２が増幅用光ファイバ３０のクラッド３２と同じ外径とされている。従って、ブリッジファイバ６０は、複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆ側の端部である一端６５において、他端６６よりも大きな外径とされている。また、ブリッジクラッド６２の外周面は、長さ方向に沿った方向に対して傾斜している。なお、ブリッジファイバ６０は、一端６５におけるブリッジクラッド６２が、他端６６におけるブリッジクラッド６２よりも大きな外径とされている限りにおいて、他端６６におけるブリッジクラッド６２が、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２よりも大きな外形であっても良い。
【００７２】
そして、このブリッジファイバ６０の一端６５とキャピラリ５１の他端５１ｂとが端面接続されており、ブリッジファイバ６０の他端６６と増幅用光ファイバ３０の他方の端部３５とが端面接続されている。こうしてブリッジコア６１は、増幅用光ファイバ３０のコア３１、及び、第２光ファイバ５２と結合し、ブリッジクラッド６２は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２、及び、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端及び他端と結合している。このように本実施形態においては、ブリッジファイバ６０を備えた光学部品５０が、増幅用光ファイバ３０に接続されることで、光学部品付き増幅用光ファイバが構成されている。
【００７３】
本実施形態の光学部品付き増幅用光ファイバによれば、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆ側におけるブリッジクラッド６２が、増幅用光ファイバ３０側におけるブリッジクラッド６２よりも大きな外径とされているため、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆ及び第２光ファイバ５２を増幅用光ファイバ３０と結合させるときに、容易にそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆ及び第２光ファイバ５２の位置を調整することができる。従って、本実施形態のファイバレーザ装置１は、組立てが容易である。
【００７４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図６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６は、本発明の第３実施形態におけるファイバレーザ装置の光学部品の長手方向に沿った断面における構造の様子を示す図である。
【００７５】
図５に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置は、光学部品５０において、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端における断面積が、他端における断面積より大きくされている点において、第１実施形態のファイバレーザ装置１と異なる。つまり、光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の外周側におて、光ファイバ５３ａ〜５３ｆが広い面積でクラッド３２と結合し、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の内周側におて、光ファイバ５３ａ〜５３ｆが狭い面積でクラッド３２と結合している。
【００７６】
本実施形態の光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の外周側から出力される励起光をより多く増幅用光ファイバ３０の内周側に入力することができる。上述のように増幅用光ファイバ３０のクラッド３２を伝播する励起光のうちスキューモードの光は、クラッド３２の外周側を主に伝播する。従って、本実施形態の光学部品５０によれば、より多くのスキューモードの光をそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆを介して、クラッド３２の内周側に入力することができる。
【００７７】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図７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７は、本発明の第４実施形態に係るファイバレーザ装置を示す模式図である。
【００７８】
図７に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置２は、励起光を出力する励起光源２０と、励起光が入力する増幅用光ファイバ３０と、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５において増幅用光ファイバに結合する光学部品５０と、光学部品５０を介して増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５に結合する第１共振用ファイバ７５と、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６に結合する第２共振用ファイバ７６と、第１共振用ファイバ７５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７６に設けられる第２ミラーとしての第２ＦＢＧ７２と、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６において第２共振用ファイバ７６及び励起光源２０と増幅用光ファイバ３０とを結合するコンバイナ４０と、を主な構成として備え、光学部品５０と増幅用光ファイバ３０とにより光学部品付き増幅用光ファイバが構成されている。
【００７９】
第１共振用ファイバ７５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伝播用ファイバ１５と同じ構成とされる。そして、第１共振用ファイバ７５のコアと第２光ファイバ５２のコアとが結合するように、第１共振用ファイバ７５と第２光ファイバ５２とが接続されている。従って、第１共振用ファイバ７５のコアは、第２光ファイバ５２のコアを介して、増幅用光ファイバ３０のコア３１に結合している。また、第１共振用ファイバ７５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３０のコア３１と結合している。第１ＦＢＧ７１は、増幅用光ファイバ３０のコア３１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。
【００８０】
第２共振用ファイバ７６は、コア及びクラッドを有し、例えば、第１実施形態における出力用ファイバ１６と同じ構成とされる。そして、第１実施形態において、増幅用光ファイバ３０と出力用ファイバ１６とが接続されるのと同様にして、第２共振用ファイバ７６は、コンバイナ４０において、増幅用光ファイバ３０と接続され、増幅用光ファイバ３０のコア３１と第２共振用ファイバ７６のコアとが結合している。また、第２共振用ファイバ７６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３０のコア３１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。また、第２共振用ファイバ７６のコンバイナ側と反対側の端部は出力端とされている。このようにファイバレーザ装置２は、増幅用光ファイバに出力側から励起光が入力する、いわゆる後方励起型のファイバレーザ装置とされている。
【００８１】
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から励起光が出力される。それぞれのレーザダイオード２１から出力される励起光は、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から出力された励起光は、励起光伝播用ファイバ２２を伝播しコンバイナ４０に入力し、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６からクラッド３２に入力して、クラッド３２を主に伝播する。そして、コア３１を通過するときにコア３１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。
【００８２】
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３０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、出力光として出力する。
【００８３】
このとき、第１実施形態のファイバレーザ装置１と同様にして、増幅用光ファイバ３０において活性元素に吸収されずに、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５から出力される励起光の一部は、光学部品５０のそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆを介して、再び増幅用光ファイバ３０のクラッド３２に入力して、クラッド３２を主に伝播しながら活性元素に吸収される。
【００８４】
本実施形態のファイバレーザ装置２によれば、光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、増幅用光ファイバ３０から出力する励起光を再び増幅用光ファイバ３０に入力することができるため、増幅用光ファイバ３０において、励起光を効率的に吸収させることができる。従って、増幅用光ファイバ３０において、効率的に共振する光を増幅することができる。
【００８５】
以上、本発明について、第１〜第４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。
【００８６】
例えば、第１〜第４実施形態において、第２光ファイバ５２は、光学部品として必ずしも必要ではない。光学部品５０において第２光ファイバ５２がない場合には、増幅用光ファイバ３０のコア３１に第２光ファイバ５２の代わりになる光ファイバを接続すればよい。
【００８７】
また、第１〜第４実施形態において、光学部品５０は複数の貫通孔が形成されたキャピラリ５１を有し、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆ及び第２光ファイバ５２とキャピラリ５１とが一体とされていた。しかし、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆ及び第２光ファイバ５２とキャピラリ５１とは、必ずしも一体とされる必要はない。さらには、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆ及び第２光ファイバ５２が、増幅用光ファイバ３０と結合する限りにおいて、キャピラリ５１は必ずしも必要ではない。
【００８８】
また、第１〜第４実施形態において、光学部品５０のそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆは、それぞれ１本の光ファイバから構成されるとしたが、複数本の光ファイバが接続されて形成されても良い。ただし、１本の光ファイバから構成される方が、接合部を有しないため、接合部による励起光の損失が無く、増幅用光ファイバから出力された励起光を効率よく増幅用光ファイバに再入力することができる。
【００８９】
また、第１〜第４実施形態において、光学部品５０のそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆは、互いに異なる長さとされたが、少なくとも一組が互いに異なる長さとされても良く、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの全てが同じ長さとされても良い。
【００９０】
また、第１〜第４実施形態において、光学部品５０は、複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆを有するとしたが、光ファイバの数は、それぞれの実施形態における光ファイバの数より多くても少なくても良く、１本でも良い。
【００９１】
また、第１〜第３実施形態において、第２光ファイバ５２と種光伝播用ファイバ１５とが、１本の光ファイバから構成されていても良く、第４実施形態において、第２光ファイバ５２と第１共振用ファイバ７５とが、１本の光ファイバから構成されていても良い。
【００９２】
また、第１〜第３実施形態のファイバレーザ装置１においては、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６側が出力側とされているが、本発明は、これに限らない。例えば、第１〜第３実施形態のファイバレーザ装置１におけるコンバイナ４０において、出力用ファイバ１６の代わりに種光伝播用ファイバ１５が増幅用光ファイバ３０に接続されて、光学部品５０の第２光ファイバ５２に出力用ファイバ１６が接続されても良い。こうすることで増幅用光ファイバ３０に対する種光の入力側から励起光を入力する、いわゆる前方励起型のファイバレーザ装置とすることができる。この場合においては、第２光ファイバ５２と出力用ファイバ１６とが、１本の光ファイバから構成されていても良い。
【００９３】
同様に、第４実施形態のファイバレーザ装置２におけるコンバイナ４０において、第２共振用ファイバ７６の代わりに第１共振用ファイバ７５が増幅用光ファイバ３０に接続されて、光学部品５０の第２光ファイバ５２に第２共振用ファイバが接続されても良い。この場合においても、いわゆる前方励起型のファイバレーザ装置とすることができる。この場合においては、第２光ファイバ５２と第２共振用ファイバ７６とが、１本の光ファイバから構成されていても良い。
【００９４】
また、第１〜第４実施形態において、増幅用光ファイバ３０の長手方向に垂直な断面におけるクラッド３２の形状を多角形やＤ型といった非円形にしても良い。
【００９５】
また、第１〜第４実施形態において、励起光は、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６から入力されて、一方の端部３５側に向かって伝播するとしたが、増幅用光ファイバ３０の途中から励起光を入力して、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６側から一方の端部３５側に向かう方向に沿って、クラッド３２を伝播するように構成しても良い。
【実施例】
【００９６】
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。
【００９７】
（実施例１）
コアの直径が１０５μｍで、クラッドの外径が１２５μｍで、コアが何もドーパントが添加されていない石英から構成され、クラッドが、フッ素（Ｆ）が添加された石英から構成された光ファイバを６本準備した。この光ファイバの長さは、４０ｃｍ、４４ｃｍ、４８ｃｍ、５２ｃｍ、５６ｃｍ、６０ｃｍ、とした。また、コアの直径が１０μｍで、クラッドの外径が１２５μｍで、コアがＧｅが添加された石英から構成され、クラッドが、何もドーパントが添加されない石英から構成された信号光伝搬用の第２光ファイバを１本準備した。さらに、石英から構成され、外径が約１０００μｍで長さが１ｃｍの円柱形状であり、両端面の中心を結ぶように直径１３５μｍの貫通孔が１つ形成され、その貫通孔と隣り合うように、同じ直径の貫通孔が６つ形成され、さらに外周側に同じ直径の貫通孔が６つ形成されたキャピラリを準備した。そして、外周側の貫通孔に、６本の光ファイバのそれぞれの一端を貫通させて、両端面の中心を結ぶ貫通孔と隣り合うそれぞれの貫通孔に、６本光ファイバのそれぞれの他端を貫通させた。さらに、両端面の中心を結ぶ貫通孔に、第２光ファイバを貫通させた。そして、キャピラリをＣＯ２レーザにより加熱して、６本の光ファイバの一端及び他端、及び、第２光ファイバと、キャピラリとを長さ８ｍｍにわたり一体化した。その後、６本の光ファイバの一端及び他端、及び、第２光ファイバと、キャピラリとが一体化されている部分の長さ方向の中心において、キャピラリ及び６本の光ファイバ及び第２光ファイバを切断して、端面出しを行った。
【００９８】
次に、コアの直径が１０μｍで、クラッドの外径が、一端において５００μｍで、他端において１０００μｍで、クラッドの外周面がテーパ状で、長さが３ｃｍのダブルクラッドファイバから構成されるブリッジファイバを準備した。このブリッジファイバはコアがＧｅが添加された石英から構成され、クラッドが、何もドーパントが添加されない石英から構成され、クラッドが樹脂クラッドで被覆されているものとした。
【００９９】
次にブリッジファイバの他端とキャピラリの端面とを接続して、ブリッジファイバのコアと、第２光ファイバのコアとを結合させ、ブリッジファイバのクラッドと６本の光ファイバの一端及び他端とを結合させた。
【０１００】
こうして図５に示す光学部品を作製した。
【０１０１】
次に、コアの直径が１０μｍで、クラッドの外径が５００μｍで、コアがＹｂ及びＧｅが添加された石英から構成され、クラッドが、何もドーパントが添加されない石英から構成され、クラッドが樹脂クラッドで被覆された、長さが２０ｍの増幅用光ファイバを準備した。そして、増幅用光ファイバの一端に光学部品のブリッジファイバを接続して、ブリッジファイバのコアと増幅用光ファイバのコアとを結合させ、ブリッジ用ファイバのクラッドと増幅用光ファイバのクラッドとを結合させた。こうして、図５に示す光学部品付き増幅用光ファイバを作製した。そして、増幅用光ファイバの他端に反射率が１００％の第１ＦＢＧが形成された光ファイバを接続して、その光ファイバに励起光源と接続されている励起光伝播用のマルチモードファイバを接続した。こうして、増幅用光ファイバの他端側からクラッドに励起光が入力するようにした。さらに光学部品の第２光ファイバに反射率が１０％の第２ＦＢＧが形成された光ファイバを接続した。こうして、励起光が、増幅用光ファイバの出力側と反対側から増幅用光ファイバに入力する、いわゆる前方励起型のファイバレーザ装置を作製した。
【０１０２】
（比較例１）
光学部品を備えず、増幅用光ファイバと第２ＦＢＧが形成された光ファイバとを直接接続したこと以外は、実施例１と同様のファイバレーザ装置を作製した。
【０１０３】
次に、実施例１及び比較例１のそれぞれにおいて、励起光源から波長が９１５ｎｍの励起光を８Ｗ出力した。そして、光の増幅効率を測定したところ、実施例１は、５５％となり、比較例１は、４９％となった。
【０１０４】
このことから、実施例１の光学部品付き増幅用光ファイバを用いたファイバレーザ装置は、増幅用光ファイバにおいて、励起光が効率的に吸収されていると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明によれば、励起光を効率的に吸収させることができる光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いたファイバレーザ装置が提供される。
【符号の説明】
【０１０６】
１、２・・・ファイバレーザ装置
１０・・・種光源
１５・・・種光伝播用ファイバ
１６・・・出力用ファイバ
２０・・・励起光源
２１・・・レーザダイオード
２２・・・励起光伝播用ファイバ
３０・・・増幅用光ファイバ
３１・・・コア
３２・・・クラッド
３３・・・樹脂クラッド
３４・・・被覆層
４０・・・コンバイナ
５０・・・光学部品
５１・・・キャピラリ
５２・・・第２光ファイバ
５３ａ〜５３ｆ・・・光ファイバ
６０・・・ブリッジファイバ
６１・・・ブリッジコア
６２・・・ブリッジクラッド
７１・・・第１ＦＢＧ
７２・・・第２ＦＢＧ
７５・・・第１共振用ファイバ
７６・・・第２共振用ファイバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いたファイバレーザ装置に関し、特に、励起光を効率的に吸収することができる光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いたファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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は、クラッドに被覆されたコアに光を増幅させるための活性元素が添加された増幅用光ファイバが用いられている。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、この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力されるというものである。従って、増幅用光ファイバに入力された励起光は活性元素に無駄なく吸収されることが望ましい。しかし、増幅用光ファイバにおいては、励起光の一部がクラッドのみを伝播して活性元素に吸収されないスキューモードが生じることが知られている。
【０００４】
下記特許文献１には、このようなスキューモードを抑制する増幅用光ファイバが記載されている。この増幅用光ファイバにおいては、クラッドの断面における外形が四角形にされたり、クラッドの一部に励起光の散乱手段が設けられている。こうしてこの増幅用光ファイバは、スキューモードの光を散乱させて、散乱させた光がコアを通過するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４７９２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、スキューモードの光を完全に散乱させることは困難であり、散乱しなかったスキューモードの光は、増幅用光ファイバから出力されてしまう。また、増幅用光ファイバは、励起光のうちスキューモードではない光であっても、活性元素に吸収されずに、その一部が出力される場合がある。このように励起光の一部が出力されてしまうと、増幅用光ファイバにおける増幅効率が低下する。このため、増幅用光ファイバにおいて励起光が効率良く吸収されることが望まれている。
【０００７】
そこで、本発明は、励起光を効率的に吸収することができる光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いた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】
本発明の光学部品付き増幅用光ファイバは、活性元素が添加されるコアと、前記コアを伝播する被増幅光を増幅するための励起光が伝播するクラッドとを有する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一方の端部側において、一端が前記クラッドの一部と結合し、他端が前記クラッドの少なくとも他の一部と結合する少なくとも１本の光ファイバを備える光学部品と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバの他方の端部や増幅用光ファイバの途中から励起光が入力されて、増幅用光ファイバの一方の端部におけるクラッドから励起光が出力する場合においても、クラッドの一部から出力する励起光は、光学部品の光ファイバの一端から光ファイバに入力する。そして、この励起光は、光ファイバを伝播して、光ファイバの他端から出力して、再び増幅用光ファイバクラッドに入力する。一方、増幅用光ファイバのクラッドの他の一部から出力する励起光の少なくとも一部は、光学部品の光ファイバの他端から光ファイバに入力する。そして、この励起光は、光ファイバを伝播して、光ファイバの一端から出力して、再び増幅用光ファイバのクラッドに入力する。こうして再び増幅用光ファイバのクラッドに入力した励起光は、コアを通過するときに活性元素に吸収される。このように、本発明の光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバから出力する励起光を再び増幅用光ファイバに入力することができるため、増幅用光ファイバにおいて、励起光を効率的に吸収することができる。
【００１０】
なお、本明細書において、「結合」とは、特に言及する場合を除いて、光学的な結合を意味する。
【００１１】
また、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光ファイバの前記一端が結合する前記クラッドの前記一部は、前記光ファイバの前記他端が結合する前記クラッドの前記他の一部よりも、前記増幅用光ファイバの外周側に位置していることが好ましい。
【００１２】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバの一方の端部において、クラッドの外周側から出力した励起光を、クラッドの内周側に入力することができる。ところで、増幅用光ファイバのクラッドを伝播する励起光のうちスキューモードの光は、クラッドの外周側を主に伝播する。従って、このような光学部品によれば、クラッドの外周側から出力されるスキューモードの光をクラッドの内周側に入力することで、増幅用光ファイバにおいてコアを通過し易くすることができる。従って、増幅用光ファイバにおいて、励起光をより効率的に吸収することができる。
【００１３】
さらに、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光ファイバの前記一端における断面積は、前記光ファイバの前記他端における断面積よりも大きいことがより好ましい。
【００１４】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバのクラッドの外周側から出力される励起光をより多く増幅用光ファイバの内周側に入力することができる。従って、より多くのスキューモードの光を光学部品の光ファイバを介して、増幅用光ファイバのクラッドの内周側に入力することができる。
【００１５】
また、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光ファイバは、接合部を有しないことが好ましい。
【００１６】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、接合部による励起光の損失が無いため、増幅用光ファイバから出力された励起光を効率よく増幅用光ファイバに再入力することができる。
【００１７】
また、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光学部品は、前記光ファイバを複数備えることが好ましい。
【００１８】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバから出力された励起光をより効率よく増幅用光ファイバに再入力することができる。
【００１９】
さらに、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光ファイバの少なくとも一組は、互いに異なる光路長であることが好ましい。
【００２０】
同時に増幅用光ファイバから同じ位相で出力した励起光が、光ファイバを介して、再び同じ位相で増幅用光ファイバに入力すると、モード干渉により、再入力した励起光の強度が低下する場合がある。しかし、このような光学部品によれば、互いに異なる光路長のそれぞれの光ファイバに同じ位相で入力した励起光が、光ファイバから同じ位相で出力することが抑制される。従って、互いに光路長が異なるそれぞれの光ファイバから出力されて増幅用光ファイバに再入力する励起光において、モード干渉が生じることを抑制することができる。
【００２１】
また、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光学部品は、複数の貫通孔を有するキャピラリをさらに備え、前記光ファイバの前記一端及び前記他端は、それぞれ前記貫通孔を貫通するように、前記貫通孔に挿入されていることが好ましい。
【００２２】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、キャピラリの貫通孔の位置を調整して、キャピラリの位置を調整することにより、容易に光ファイバの一端及び他端を増幅用光ファイバのクラッドと結合させることができる。
【００２３】
さらに、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光ファイバと前記キャピラリとが一体とされていることが好ましい。
【００２４】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、キャピラリと光ファイバとがずれることを防止することができる。
【００２５】
また、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光学部品は、前記増幅用光ファイバと前記光ファイバとの間に配置され、前記増幅用光ファイバの前記コアと結合するブリッジコアと、前記増幅用光ファイバの前記クラッド、及び、前記光ファイバの一端及び他端と結合するブリッジクラッドとを有するブリッジファイバをさらに備え、前記ブリッジクラッドは、前記増幅用光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバの前記クラッドの外径以上の外径とされ、前記光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバ側の端部よりも大きな外径とされることが好ましい。
【００２６】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、光ファイバ側におけるブリッジファイバのクラッドが、増幅用光ファイバ側におけるクラッドよりも大きな外径とされているため、光ファイバを増幅用光ファイバと結合させるときに、容易に光ファイバの位置を調整することができる。
【００２７】
また、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光学部品は、前記増幅用光ファイバの前記一方の端部側において、前記コアと結合する第２光ファイバをさらに備えることが好ましい。
【００２８】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバのコアから出力される出力光を、光学部品の第２光ファイバを介して容易に出力することができる。
【００２９】
さらに、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光学部品は、複数の貫通孔を有するキャピラリをさらに備え、前記光ファイバの前記一端及び前記他端、及び、前記第２光ファイバは、それぞれ前記貫通孔を貫通するように、前記貫通孔に挿入されていることが好ましい。
【００３０】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、キャピラリの貫通孔の位置を調整して、キャピラリの位置を調整することにより、光ファイバの一端及び他端を増幅用光ファイバのクラッドと容易に結合させると共に、第２光ファイバを増幅用光ファイバのコアと容易に結合させることができる。
【００３１】
さらに、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光ファイバ及び前記第２光ファイバと前記キャピラリとが一体とされていることが好ましい。
【００３２】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、キャピラリと光ファイバ及び第２光ファイバとがずれることを防止することができる。
【００３３】
また、上記光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、前記光学部品は、前記増幅用光ファイバと前記光ファイバとの間に配置され、前記増幅用光ファイバの前記コア、及び、前記第２光ファイバと結合するブリッジコアと、前記増幅用光ファイバの前記クラッド、及び、前記光ファイバの一端及び他端と結合するブリッジクラッドとを有するブリッジファイバをさらに備え、前記ブリッジクラッドは、前記増幅用光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバの前記クラッドの外径以上の外径とされ、前記光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバ側の端部よりも大きな外径とされことが好ましい。
【００３４】
このような光学部品付き増幅用光ファイバによれば、光ファイバ側におけるブリッジファイバのクラッドが、増幅用光ファイバ側におけるクラッドよりも大きな外径とされているため、光ファイバ及び第２光ファイバを増幅用光ファイバと結合させるときに、容易に光ファイバ及び第２光ファイバの位置を調整することができる。
【００３５】
また、本発明のファイバレーザ装置は、上記のいずれかの光学部品付き増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの前記コアを伝播する種光を出力する種光源と、前記増幅用光ファイバの前記クラッドを伝播する励起光を出力する励起光源と、を備え、前記励起光源から出力された前記励起光は、前記増幅用光ファイバの他方の端部側から前記一方の端部側に向かう方向に沿って、前記クラッドを伝播することを特徴とするものである。
【００３６】
このようなファイバレーザ装置によれば、クラッドを伝播する励起光が増幅用光ファイバの一方の端部から出力される場合においても、増幅用光ファイバと結合される光学部品の光ファイバにより、出力された励起光の少なくとも一部を増幅用光ファイバに再び入力することができるので、増幅用光ファイバにおいて、励起光を効率的に吸収することができる。従って、効率的に種光を増幅することができる。
【００３７】
また、本発明のファイバレーザ装置は、上記のいずれかの光学部品付き増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの前記クラッドを伝播する励起光を出力する励起光源と、前記増幅用光ファイバの両端側において前記増幅用光ファイバの前記コアと結合し、前記活性元素が放出する自然放出光の少なくとも１部の波長の光を互いに異なる反射率で反射する一組のミラーと、を備え、前記励起光源から出力された前記励起光は、前記増幅用光ファイバの他方の端部側から前記一方の端部側に向かう方向に沿って、前記クラッドを伝播することを特徴とするものである。
【００３８】
このようなファイバレーザ装置によれば、クラッドを伝播する励起光が増幅用光ファイバの一方の端部から出力される場合においても、増幅用光ファイバと結合される光学部品の光ファイバにより、出力された励起光の少なくとも一部を増幅用光ファイバに再び入力することができるので、増幅用光ファイバにおいて、励起光を効率的に吸収することができる。従って、一組のミラーの間で共振する光を効率的に増幅することができる。
【発明の効果】
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、励起光を効率的に吸収することができる光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いたファイバレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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模式図である。
【図２】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３】図１の光学部品のIII−III線の断面における構造の様子を示す図である。
【図４】図１の光学部品の長手方向に沿った断面における構造の様子を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態におけるファイバレーザ装置の光学部品の長手方向に沿った断面における構造の様子を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態におけるファイバレーザ装置の光学部品の長手方向に沿った断面における構造の様子を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係るファイバレーザ装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明に係る光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いた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。
【００４２】
（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を示す模式図である。
【００４３】
図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、種光を出力する種光源１０と、励起光を出力する励起光源２０と、種光及び励起光が入力する増幅用光ファイバ３０と、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５において増幅用光ファイバに結合する光学部品５０と、増幅用光ファイバ３０から出力する出力光が入力する出力用ファイバ１６と、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６において出力用ファイバ１６及び励起光源２０と増幅用光ファイバ３０とを結合するコンバイナ４０と、を主な構成として備え、光学部品５０と増幅用光ファイバ３０とにより光学部品付き増幅用光ファイバが構成されている。
【００４４】
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から出力される種光は、特に制限されるものではないが、例えば、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伝播用ファイバ１５に接続されており、種光源１０から出力される種光は、種光伝播用ファイバ１５のコアを伝播する。種光伝播用ファイバ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、種光は種光伝播用ファイバ１５をシングルモード光として伝播する。
【００４５】
励起光源２０は、複数のレーザダイオード２１から構成され、上述のように種光の波長が１０７０ｎｍの場合、例えば、波長が９１５ｎｍの励起光を出力する。また、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１は、励起光伝播用ファイバ２２に接続されており、レーザダイオード２１から出力される励起光は、励起光伝播用ファイバ２２を伝播する。励起光伝播用ファイバ２２としては、例えば、マルチモードファイバが挙げられ、この場合、励起光は励起光伝播用ファイバ２２をマルチモード光として伝播する。
【００４６】
図２は、増幅用光ファイバ３０の長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。図２に示すように、増幅用光ファイバ３０は、コア３１と、コア３１を被覆するクラッド３２と、クラッド３２を被覆する樹脂クラッド３３と、樹脂クラッド３３を被覆する被覆層３４とから構成される。クラッド３２の屈折率はコア３１の屈折率よりも低く、樹脂クラッド３３の屈折率はクラッド３２の屈折率よりもさらに低くされている。このような、コア３１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から出力される励起光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素が添加された石英が挙げられる。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）等が挙げられる。また、クラッド３２を構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英が挙げられる。また、樹脂クラッド３３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、被覆層３４を構成する材料としては、例えば、樹脂クラッド３３を構成する樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂が挙げられる。
【００４７】
出力用ファイバ１６は、コア、及び、コアを被覆するクラッドから構成され、例えば、種光伝播用ファイバ１５と同様のシングルモードファイバから構成される。そして、出力用ファイバ１６の一方の端部が出力端とされている。
【００４８】
コンバイナ４０は、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６において、出力用ファイバ１６及びそれぞれの励起光伝播用ファイバ２２と、増幅用光ファイバ３０とを接続している。具体的には、コンバイナ４０において、出力用ファイバ１６のコアが、増幅用光ファイバ３０のコア３１に端面接続されている。さらにコンバイナ４０において、それぞれの励起光伝播用ファイバ２２のコアが、クラッド３２に端面接続されている。従って、励起光源２０から出力する励起光は、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６側からクラッド３２に入力され、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６から出力する出力光は、出力用ファイバ１６に入力する。このようにファイバレーザ装置１は、増幅用光ファイバ３０の出力側から励起光が入力する、いわゆる後方励起型のファイバレーザ装置とされている。
【００４９】
図３は、図１の光学部品５０のIII−III線の断面における構造の様子を示す図であり、図４は、光学部品の長手方向に沿った断面における構造の様子を示す図である。図３、図４に示すように、光学部品５０は、複数の貫通孔を有するキャピラリ５１と、キャピラリ５１の複数の貫通孔に両方の端部が挿入されている複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆと、キャピラリ５１の貫通孔に一方の端部が挿入されている第２光ファイバ５２とを備える。
【００５０】
図３、４に示すようにキャピラリ５１は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の外径と略同じ直径を有する円柱形の形状をしており、一端５１ａから他端５１ｂまで貫通している複数の貫通孔が形成されている。
【００５１】
また、第２光ファイバ５２は、コアとクラッドとを有し、本実施形態においては、第２光ファイバのコアとクラッドは、互いに屈折率差を有する石英から構成されている。そして、第２光ファイバ５２の一端は、キャピラリ５１の直径方向の中心に形成された貫通孔に、この貫通孔を貫通するように挿入されており、第２光ファイバの一端がキャピラリ５１の他端５１ｂと面一にされている。なお、図３、４においては、第２光ファイバ５２のクラッドが省略されている。
【００５２】
また、複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆは、コアとクラッドとを有し、本実施形態においては、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆのコアとクラッドは、互いに屈折率差を有する石英から構成されている。この光ファイバ５３ａ〜５３ｆのコアとクラッドとの屈折率差は、コアに励起光源２０から出力される励起光と同じ波長の光を閉じ込めることができるように設定され、さらに、後述のように複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆがループ状に曲げられる場合においても、コアに励起光源２０から出力される励起光と同じ波長の光が閉じ込められるように設定されている。また、本実施形態において、複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆは、互いに光学特性が同じであり、互いに異なる長さとされている。このため、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆは、互いに異なる光路長を有している。
【００５３】
このようなそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端は、キャピラリ５１の外周側に形成された貫通孔に、それぞれの貫通孔を貫通するように挿入されており、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端がキャピラリ５１の他端５１ｂと面一にされている。さらに、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの他端は、第２光ファイバと隣り合うように形成されたキャピラリ５１の内周側の貫通孔に、それぞれの貫通孔を貫通するように挿入されており、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの他端がキャピラリ５１の他端５１ｂと面一にされている。従って、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆは、途中でループ状に曲げられて、両端が同じ方向を向いて、それぞれの端部がキャピラリ５１に形成された貫通孔に一端５１ａ側から挿入されている。なお、図３、４においては、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆクラッドが省略されている。
【００５４】
そして、このように一端がキャピラリ５１の貫通孔に挿入された第２光ファイバ５２、及び、両端がキャピラリ５１の貫通孔に挿入された複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆと、キャピラリ５１とが一体にされている。第２光ファイバ５２及び複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆとキャピラリ５１とを一体にするには、第２光ファイバ、及び、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端及び他端を複数の貫通孔に挿入した状態で、キャピラリ５１を加熱すれば良い。このような、加熱には、ＣＯ２レーザや酸水素炎や放電加工を用いることができる。
【００５５】
この光学部品５０は、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５に接続されている。具体的には、増幅用光ファイバ３０のコア３１と第２光ファイバ５２のコアとが接続するように増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５と、光学部品５０のキャピラリ５１の他端５１ｂとが接続されている。こうして、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆは、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５側において、一端がクラッド３２の外周側でクラッド３２の一部と結合し、他端がクラッド３２の内周側でクラッド３２の他の一部と結合している。
【００５６】
なお、第２光ファイバ５２のコアは、増幅用光ファイバ３０のコア３１と同じ屈折率とされ、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆのコアは、増幅用光ファイバ３０のクラッドと同じ屈折率とされることが好ましい。この場合、第２光ファイバ５２のコアを構成する材料は、例えば、増幅用光ファイバ３０のコア３１の材料の様に、屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素が添加された石英とされれば良い。また、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆのコアを構成する材料は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の材料の様に、何もドーパントが添加されていない純粋な石英とされれば良い。
【００５７】
また、図１に示すように、種光伝播用ファイバ１５と、第２光ファイバ５２とが接続されており、種光伝播用ファイバ１５のコアと第２光ファイバ５２のコアとが結合している。
【００５８】
次にファイバレーザ装置１の動作について説明する。
【００５９】
まず、種光源１０から被増幅光としての種光が出力されると共に、励起光源２０から励起光が出力される。このとき種光源１０から出力される種光は、上述のように、例えば、波長が１０７０ｎｍとされる。種光源１０から出力された種光は、種光伝播用ファイバ１５のコアを伝播して、光学部品５０の第２光ファイバ５２に入力されて、第２光ファイバ５２を伝播する。そして、種光は、第２光ファイバ５２から出力されて、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５からコア３１に入力して、コア３１を伝播する。
【００６０】
一方、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から出力される励起光は、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から出力された励起光は、励起光伝播用ファイバ２２を伝播しコンバイナ４０に入力し、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６からクラッド３２に入力して、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６側から一方の端部３５側に向かう方向に沿って、クラッド３２を主に伝播する。
【００６１】
そして、増幅用光ファイバ３０において、励起光がコア３１を通過するときに、コア３１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、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、出力光として増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６から出力されて、出力用ファイバ１６に入力される。そして、出力用ファイバ１６の出力端から出力される。
【００６２】
そして、増幅用光ファイバ３０のコア３１から出力した出力光は、出力用ファイバ１６に入力して、出力用ファイバの出力端から出力される。
【００６３】
このとき、増幅用光ファイバ３０において、活性元素に吸収されないスキューモード等からなる励起光の一部は、クラッド３２を主に伝播し、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５から出力される。そして、出力された励起光の一部は、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆに入力する。具体的には、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５において、クラッド３２の外周側から出力する励起光は、キャピラリ５１の外周側の貫通孔に挿入されたそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端から入力する。同様に、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５において、クラッド３２の内周側から出力する励起光は、キャピラリ５１の内周側の貫通孔に挿入されたそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの他端から入力する。そして、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端から入力した励起光は、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの他端から出力され、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの他端から入力した励起光は、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端から出力される。こうしてそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端及び他端から出力された励起光は再び増幅用光ファイバ３０のクラッド３２に入力して、クラッド３２を主に伝播しながら活性元素に吸収される。
【００６４】
なお、上述のように複数の光ファイバ５３ａから５３ｆは互いに異なる光路長とされている。従って、増幅用光ファイバ３０から同じ位相で出力した励起光が、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆから同じ位相で出力することが抑制される。従って、それぞれの光ファイバから出力されて増幅用光ファイバ３０に再入力する励起光において、モード干渉が生じることを抑制することができる。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態の光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６から励起光が入力されて、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５におけるクラッド３２から励起光が出力する場合においても、クラッド３２の一部としての外周側から出力する励起光は、光学部品５０のそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端からそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆに入力する。そして、この励起光は、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆを伝播して、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの他端から出力して、再び増幅用光ファイバ３０のクラッド３２に入力する。一方、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の他の一部としての内周側から出力する励起光は、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの他端からそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆに入力する。そして、この励起光は、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆを伝播して、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端から出力して、再び増幅用光ファイバ３０のクラッド３２に入力する。こうして再び増幅用光ファイバ３０のクラッド３２に入力した励起光は、コア３１を通過するときに活性元素に吸収される。このように、本実施形態の光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバ３０から出力する励起光を再び増幅用光ファイバ３０に入力することができるため、増幅用光ファイバ３０において、励起光を効率的に吸収することができる。従って、本実施形態のファイバレーザ装置１は、効率的に種光を増幅することができる。
【００６６】
また、光学部品５０は、クラッド３２の外周側から出力した励起光を、クラッド３２の内周側に入力することができる。ところで、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２を伝播する励起光のうちスキューモードの光は、クラッド３２の外周側を主に伝播する。従って、光学部品付き増幅用光ファイバによれば、クラッド３２の外周側から出力されるスキューモードの光をクラッド３２の内周側に入力することで、増幅用光ファイバ３０においてコア３１を通過し易くすることができる。従って、増幅用光ファイバ３０において、励起光をより効率的に吸収することができる。
【００６７】
また、光学部品５０は、キャピラリ５１の貫通孔に第２光ファイバ５２及びそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの両端が挿入されているため、キャピラリ５１の貫通孔の位置を事前に調整して、キャピラリ５１の位置を調整することにより、容易にそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端及び他端を増幅用光ファイバ３０のクラッド３２と結合させることができる。
【００６８】
なお、第２光ファイバ５２のコアが、増幅用光ファイバ３０のコア３１と同じ屈折率とされる場合、増幅用光ファイバ３０のコア３１から出力される出力光が、第２光ファイバ５２に入力され易くなる。また、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆのコアが、増幅用光ファイバ３０のクラッドと同じ屈折率とされる場合、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２から出力される出力光が、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆに入力され易くなり、さらに、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆから出力される励起光が、クラッド３２に入力され易くなる。
【００６９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５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５は、本発明の第２実施形態におけるファイバレーザ装置の光学部品の長手方向に沿った断面における構造の様子を示す図である。
【００７０】
図５に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置は、光学部品５０がブリッジファイバ６０を有し、キャピラリ５１の直径が、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の外径よりも大きな点において、第１実施形態のファイバレーザ装置１と異なる。
【００７１】
ブリッジファイバ６０は、ブリッジコア６１と、ブリッジクラッド６２とを有する。そして、このブリッジファイバ６０は、キャピラリ５１と増幅用光ファイバ３０との間に配置されており、複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆ側の端部である一端６５において、ブリッジクラッド６２がキャピラリ５１の直径と同じ外径とされている。また、ブリッジファイバ６０は、増幅用光ファイバ３０側の端部である他端６６において、ブリッジクラッド６２が増幅用光ファイバ３０のクラッド３２と同じ外径とされている。従って、ブリッジファイバ６０は、複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆ側の端部である一端６５において、他端６６よりも大きな外径とされている。また、ブリッジクラッド６２の外周面は、長さ方向に沿った方向に対して傾斜している。なお、ブリッジファイバ６０は、一端６５におけるブリッジクラッド６２が、他端６６におけるブリッジクラッド６２よりも大きな外径とされている限りにおいて、他端６６におけるブリッジクラッド６２が、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２よりも大きな外形であっても良い。
【００７２】
そして、このブリッジファイバ６０の一端６５とキャピラリ５１の他端５１ｂとが端面接続されており、ブリッジファイバ６０の他端６６と増幅用光ファイバ３０の他方の端部３５とが端面接続されている。こうしてブリッジコア６１は、増幅用光ファイバ３０のコア３１、及び、第２光ファイバ５２と結合し、ブリッジクラッド６２は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２、及び、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端及び他端と結合している。このように本実施形態においては、ブリッジファイバ６０を備えた光学部品５０が、増幅用光ファイバ３０に接続されることで、光学部品付き増幅用光ファイバが構成されている。
【００７３】
本実施形態の光学部品付き増幅用光ファイバによれば、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆ側におけるブリッジクラッド６２が、増幅用光ファイバ３０側におけるブリッジクラッド６２よりも大きな外径とされているため、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆ及び第２光ファイバ５２を増幅用光ファイバ３０と結合させるときに、容易にそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆ及び第２光ファイバ５２の位置を調整することができる。従って、本実施形態のファイバレーザ装置１は、組立てが容易である。
【００７４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図６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６は、本発明の第３実施形態におけるファイバレーザ装置の光学部品の長手方向に沿った断面における構造の様子を示す図である。
【００７５】
図５に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置は、光学部品５０において、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの一端における断面積が、他端における断面積より大きくされている点において、第１実施形態のファイバレーザ装置１と異なる。つまり、光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の外周側におて、光ファイバ５３ａ〜５３ｆが広い面積でクラッド３２と結合し、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の内周側におて、光ファイバ５３ａ〜５３ｆが狭い面積でクラッド３２と結合している。
【００７６】
本実施形態の光学部品付き増幅用光ファイバによれば、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の外周側から出力される励起光をより多く増幅用光ファイバ３０の内周側に入力することができる。上述のように増幅用光ファイバ３０のクラッド３２を伝播する励起光のうちスキューモードの光は、クラッド３２の外周側を主に伝播する。従って、本実施形態の光学部品５０によれば、より多くのスキューモードの光をそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆを介して、クラッド３２の内周側に入力することができる。
【００７７】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図７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７は、本発明の第４実施形態に係るファイバレーザ装置を示す模式図である。
【００７８】
図７に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置２は、励起光を出力する励起光源２０と、励起光が入力する増幅用光ファイバ３０と、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５において増幅用光ファイバに結合する光学部品５０と、光学部品５０を介して増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５に結合する第１共振用ファイバ７５と、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６に結合する第２共振用ファイバ７６と、第１共振用ファイバ７５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７６に設けられる第２ミラーとしての第２ＦＢＧ７２と、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６において第２共振用ファイバ７６及び励起光源２０と増幅用光ファイバ３０とを結合するコンバイナ４０と、を主な構成として備え、光学部品５０と増幅用光ファイバ３０とにより光学部品付き増幅用光ファイバが構成されている。
【００７９】
第１共振用ファイバ７５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伝播用ファイバ１５と同じ構成とされる。そして、第１共振用ファイバ７５のコアと第２光ファイバ５２のコアとが結合するように、第１共振用ファイバ７５と第２光ファイバ５２とが接続されている。従って、第１共振用ファイバ７５のコアは、第２光ファイバ５２のコアを介して、増幅用光ファイバ３０のコア３１に結合している。また、第１共振用ファイバ７５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３０のコア３１と結合している。第１ＦＢＧ７１は、増幅用光ファイバ３０のコア３１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。
【００８０】
第２共振用ファイバ７６は、コア及びクラッドを有し、例えば、第１実施形態における出力用ファイバ１６と同じ構成とされる。そして、第１実施形態において、増幅用光ファイバ３０と出力用ファイバ１６とが接続されるのと同様にして、第２共振用ファイバ７６は、コンバイナ４０において、増幅用光ファイバ３０と接続され、増幅用光ファイバ３０のコア３１と第２共振用ファイバ７６のコアとが結合している。また、第２共振用ファイバ７６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３０のコア３１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。また、第２共振用ファイバ７６のコンバイナ側と反対側の端部は出力端とされている。このようにファイバレーザ装置２は、増幅用光ファイバに出力側から励起光が入力する、いわゆる後方励起型のファイバレーザ装置とされている。
【００８１】
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から励起光が出力される。それぞれのレーザダイオード２１から出力される励起光は、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から出力された励起光は、励起光伝播用ファイバ２２を伝播しコンバイナ４０に入力し、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６からクラッド３２に入力して、クラッド３２を主に伝播する。そして、コア３１を通過するときにコア３１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。
【００８２】
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３０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、出力光として出力する。
【００８３】
このとき、第１実施形態のファイバレーザ装置１と同様にして、増幅用光ファイバ３０において活性元素に吸収されずに、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３５から出力される励起光の一部は、光学部品５０のそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆを介して、再び増幅用光ファイバ３０のクラッド３２に入力して、クラッド３２を主に伝播しながら活性元素に吸収される。
【００８４】
本実施形態のファイバレーザ装置２によれば、光学部品付き増幅用光ファイバにおいて、増幅用光ファイバ３０から出力する励起光を再び増幅用光ファイバ３０に入力することができるため、増幅用光ファイバ３０において、励起光を効率的に吸収させることができる。従って、増幅用光ファイバ３０において、効率的に共振する光を増幅することができる。
【００８５】
以上、本発明について、第１〜第４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。
【００８６】
例えば、第１〜第４実施形態において、第２光ファイバ５２は、光学部品として必ずしも必要ではない。光学部品５０において第２光ファイバ５２がない場合には、増幅用光ファイバ３０のコア３１に第２光ファイバ５２の代わりになる光ファイバを接続すればよい。
【００８７】
また、第１〜第４実施形態において、光学部品５０は複数の貫通孔が形成されたキャピラリ５１を有し、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆ及び第２光ファイバ５２とキャピラリ５１とが一体とされていた。しかし、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆ及び第２光ファイバ５２とキャピラリ５１とは、必ずしも一体とされる必要はない。さらには、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆ及び第２光ファイバ５２が、増幅用光ファイバ３０と結合する限りにおいて、キャピラリ５１は必ずしも必要ではない。
【００８８】
また、第１〜第４実施形態において、光学部品５０のそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆは、それぞれ１本の光ファイバから構成されるとしたが、複数本の光ファイバが接続されて形成されても良い。ただし、１本の光ファイバから構成される方が、接合部を有しないため、接合部による励起光の損失が無く、増幅用光ファイバから出力された励起光を効率よく増幅用光ファイバに再入力することができる。
【００８９】
また、第１〜第４実施形態において、光学部品５０のそれぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆは、互いに異なる長さとされたが、少なくとも一組が互いに異なる長さとされても良く、それぞれの光ファイバ５３ａ〜５３ｆの全てが同じ長さとされても良い。
【００９０】
また、第１〜第４実施形態において、光学部品５０は、複数の光ファイバ５３ａ〜５３ｆを有するとしたが、光ファイバの数は、それぞれの実施形態における光ファイバの数より多くても少なくても良く、１本でも良い。
【００９１】
また、第１〜第３実施形態において、第２光ファイバ５２と種光伝播用ファイバ１５とが、１本の光ファイバから構成されていても良く、第４実施形態において、第２光ファイバ５２と第１共振用ファイバ７５とが、１本の光ファイバから構成されていても良い。
【００９２】
また、第１〜第３実施形態のファイバレーザ装置１においては、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６側が出力側とされているが、本発明は、これに限らない。例えば、第１〜第３実施形態のファイバレーザ装置１におけるコンバイナ４０において、出力用ファイバ１６の代わりに種光伝播用ファイバ１５が増幅用光ファイバ３０に接続されて、光学部品５０の第２光ファイバ５２に出力用ファイバ１６が接続されても良い。こうすることで増幅用光ファイバ３０に対する種光の入力側から励起光を入力する、いわゆる前方励起型のファイバレーザ装置とすることができる。この場合においては、第２光ファイバ５２と出力用ファイバ１６とが、１本の光ファイバから構成されていても良い。
【００９３】
同様に、第４実施形態のファイバレーザ装置２におけるコンバイナ４０において、第２共振用ファイバ７６の代わりに第１共振用ファイバ７５が増幅用光ファイバ３０に接続されて、光学部品５０の第２光ファイバ５２に第２共振用ファイバが接続されても良い。この場合においても、いわゆる前方励起型のファイバレーザ装置とすることができる。この場合においては、第２光ファイバ５２と第２共振用ファイバ７６とが、１本の光ファイバから構成されていても良い。
【００９４】
また、第１〜第４実施形態において、増幅用光ファイバ３０の長手方向に垂直な断面におけるクラッド３２の形状を多角形やＤ型といった非円形にしても良い。
【００９５】
また、第１〜第４実施形態において、励起光は、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６から入力されて、一方の端部３５側に向かって伝播するとしたが、増幅用光ファイバ３０の途中から励起光を入力して、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３６側から一方の端部３５側に向かう方向に沿って、クラッド３２を伝播するように構成しても良い。
【実施例】
【００９６】
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。
【００９７】
（実施例１）
コアの直径が１０５μｍで、クラッドの外径が１２５μｍで、コアが何もドーパントが添加されていない石英から構成され、クラッドが、フッ素（Ｆ）が添加された石英から構成された光ファイバを６本準備した。この光ファイバの長さは、４０ｃｍ、４４ｃｍ、４８ｃｍ、５２ｃｍ、５６ｃｍ、６０ｃｍ、とした。また、コアの直径が１０μｍで、クラッドの外径が１２５μｍで、コアがＧｅが添加された石英から構成され、クラッドが、何もドーパントが添加されない石英から構成された信号光伝搬用の第２光ファイバを１本準備した。さらに、石英から構成され、外径が約１０００μｍで長さが１ｃｍの円柱形状であり、両端面の中心を結ぶように直径１３５μｍの貫通孔が１つ形成され、その貫通孔と隣り合うように、同じ直径の貫通孔が６つ形成され、さらに外周側に同じ直径の貫通孔が６つ形成されたキャピラリを準備した。そして、外周側の貫通孔に、６本の光ファイバのそれぞれの一端を貫通させて、両端面の中心を結ぶ貫通孔と隣り合うそれぞれの貫通孔に、６本光ファイバのそれぞれの他端を貫通させた。さらに、両端面の中心を結ぶ貫通孔に、第２光ファイバを貫通させた。そして、キャピラリをＣＯ２レーザにより加熱して、６本の光ファイバの一端及び他端、及び、第２光ファイバと、キャピラリとを長さ８ｍｍにわたり一体化した。その後、６本の光ファイバの一端及び他端、及び、第２光ファイバと、キャピラリとが一体化されている部分の長さ方向の中心において、キャピラリ及び６本の光ファイバ及び第２光ファイバを切断して、端面出しを行った。
【００９８】
次に、コアの直径が１０μｍで、クラッドの外径が、一端において５００μｍで、他端において１０００μｍで、クラッドの外周面がテーパ状で、長さが３ｃｍのダブルクラッドファイバから構成されるブリッジファイバを準備した。このブリッジファイバはコアがＧｅが添加された石英から構成され、クラッドが、何もドーパントが添加されない石英から構成され、クラッドが樹脂クラッドで被覆されているものとした。
【００９９】
次にブリッジファイバの他端とキャピラリの端面とを接続して、ブリッジファイバのコアと、第２光ファイバのコアとを結合させ、ブリッジファイバのクラッドと６本の光ファイバの一端及び他端とを結合させた。
【０１００】
こうして図５に示す光学部品を作製した。
【０１０１】
次に、コアの直径が１０μｍで、クラッドの外径が５００μｍで、コアがＹｂ及びＧｅが添加された石英から構成され、クラッドが、何もドーパントが添加されない石英から構成され、クラッドが樹脂クラッドで被覆された、長さが２０ｍの増幅用光ファイバを準備した。そして、増幅用光ファイバの一端に光学部品のブリッジファイバを接続して、ブリッジファイバのコアと増幅用光ファイバのコアとを結合させ、ブリッジ用ファイバのクラッドと増幅用光ファイバのクラッドとを結合させた。こうして、図５に示す光学部品付き増幅用光ファイバを作製した。そして、増幅用光ファイバの他端に反射率が１００％の第１ＦＢＧが形成された光ファイバを接続して、その光ファイバに励起光源と接続されている励起光伝播用のマルチモードファイバを接続した。こうして、増幅用光ファイバの他端側からクラッドに励起光が入力するようにした。さらに光学部品の第２光ファイバに反射率が１０％の第２ＦＢＧが形成された光ファイバを接続した。こうして、励起光が、増幅用光ファイバの出力側と反対側から増幅用光ファイバに入力する、いわゆる前方励起型のファイバレーザ装置を作製した。
【０１０２】
（比較例１）
光学部品を備えず、増幅用光ファイバと第２ＦＢＧが形成された光ファイバとを直接接続したこと以外は、実施例１と同様のファイバレーザ装置を作製した。
【０１０３】
次に、実施例１及び比較例１のそれぞれにおいて、励起光源から波長が９１５ｎｍの励起光を８Ｗ出力した。そして、光の増幅効率を測定したところ、実施例１は、５５％となり、比較例１は、４９％となった。
【０１０４】
このことから、実施例１の光学部品付き増幅用光ファイバを用いたファイバレーザ装置は、増幅用光ファイバにおいて、励起光が効率的に吸収されていると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明によれば、励起光を効率的に吸収させることができる光学部品付き増幅用光ファイバ、及び、これを用いたファイバレーザ装置が提供される。
【符号の説明】
【０１０６】
１、２・・・ファイバレーザ装置
１０・・・種光源
１５・・・種光伝播用ファイバ
１６・・・出力用ファイバ
２０・・・励起光源
２１・・・レーザダイオード
２２・・・励起光伝播用ファイバ
３０・・・増幅用光ファイバ
３１・・・コア
３２・・・クラッド
３３・・・樹脂クラッド
３４・・・被覆層
４０・・・コンバイナ
５０・・・光学部品
５１・・・キャピラリ
５２・・・第２光ファイバ
５３ａ〜５３ｆ・・・光ファイバ
６０・・・ブリッジファイバ
６１・・・ブリッジコア
６２・・・ブリッジクラッド
７１・・・第１ＦＢＧ
７２・・・第２ＦＢＧ
７５・・・第１共振用ファイバ
７６・・・第２共振用ファイバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性元素が添加されるコアと、前記コアを伝播する被増幅光を増幅するための励起光が伝播するクラッドとを有する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの一方の端部側において、一端が前記クラッドの一部と結合し、他端が前記クラッドの他の一部と結合する少なくとも１本の光ファイバを備える光学部品と、
を備える
ことを特徴とする光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項２】
前記光ファイバの前記一端が結合する前記クラッドの前記一部は、前記光ファイバの前記他端が結合する前記クラッドの前記他の一部よりも、前記増幅用光ファイバの外周側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項３】
前記光ファイバの前記一端における断面積は、前記光ファイバの前記他端における断面積よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項４】
前記光ファイバは、接合部を有しないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項５】
前記光学部品は、前記光ファイバを複数本備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項６】
前記光ファイバの少なくとも一組は、互いに異なる光路長であることを特徴とする請求項５に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項７】
前記光学部品は、複数の貫通孔を有するキャピラリをさらに備え、
前記光ファイバの前記一端及び前記他端は、それぞれ前記貫通孔を貫通するように、前記貫通孔に挿入されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項８】
前記光ファイバと前記キャピラリとが一体とされていることを特徴とする請求項７に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項９】
前記光学部品は、前記増幅用光ファイバと前記光ファイバとの間に配置され、前記増幅用光ファイバの前記コアと結合するブリッジコアと、前記増幅用光ファイバの前記クラッド、及び、前記光ファイバの一端及び他端と結合するブリッジクラッドとを有するブリッジファイバをさらに備え、
前記ブリッジクラッドは、前記増幅用光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバの前記クラッドの外径以上の外径とされ、前記光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバ側の端部よりも大きな外径とされることを特徴とする
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項１０】
前記光学部品は、前記増幅用光ファイバの前記一方の端部側において、前記コアと結合する第２光ファイバをさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項１１】
前記光学部品は、複数の貫通孔を有するキャピラリをさらに備え、
前記光ファイバの前記一端及び前記他端、及び、前記第２光ファイバは、それぞれ前記貫通孔を貫通するように、前記貫通孔に挿入されている
ことを特徴とする請求項１０のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項１２】
前記光ファイバ及び前記第２光ファイバと前記キャピラリとが一体とされていることを特徴とする請求項１１に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項１３】
前記光学部品は、前記増幅用光ファイバと前記光ファイバとの間に配置され、前記増幅用光ファイバの前記コア、及び、前記第２光ファイバと結合するブリッジコアと、前記増幅用光ファイバの前記クラッド、及び、前記光ファイバの一端及び他端と結合するブリッジクラッドとを有するブリッジファイバをさらに備え、
前記ブリッジクラッドは、前記増幅用光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバの前記クラッドの外径以上の外径とされ、前記光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバ側の端部よりも大きな外径とされることを特徴とする
ことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの前記コアを伝播する種光を出力する種光源と、
前記増幅用光ファイバの前記クラッドを伝播する励起光を出力する励起光源と、
を備え、
前記励起光源から出力された前記励起光は、前記増幅用光ファイバの他方の端部側から前記一方の端部側に向かう方向に沿って、前記クラッドを伝播する
ことを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの前記クラッドを伝播する励起光を出力する励起光源と、
前記増幅用光ファイバの両端側において前記増幅用光ファイバの前記コアと結合し、前記活性元素が放出する自然放出光の少なくとも１部の波長の光を互いに異なる反射率で反射する一組のミラーと、
を備え、
前記励起光源から出力された前記励起光は、前記増幅用光ファイバの他方の端部側から前記一方の端部側に向かう方向に沿って、前記クラッドを伝播する
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、前記コアを伝播する被増幅光を増幅するための励起光が伝播するクラッドとを有する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの一方の端部側において、一端が前記クラッドの一部と結合し、他端が前記クラッドの他の一部と結合する少なくとも１本の光ファイバを備える光学部品と、
を備える
ことを特徴とする光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項２】
前記光ファイバの前記一端が結合する前記クラッドの前記一部は、前記光ファイバの前記他端が結合する前記クラッドの前記他の一部よりも、前記増幅用光ファイバの外周側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項３】
前記光ファイバの前記一端における断面積は、前記光ファイバの前記他端における断面積よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項４】
前記光ファイバは、接合部を有しないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項５】
前記光学部品は、前記光ファイバを複数本備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項６】
前記光ファイバの少なくとも一組は、互いに異なる光路長であることを特徴とする請求項５に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項７】
前記光学部品は、複数の貫通孔を有するキャピラリをさらに備え、
前記光ファイバの前記一端及び前記他端は、それぞれ前記貫通孔を貫通するように、前記貫通孔に挿入されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項８】
前記光ファイバと前記キャピラリとが一体とされていることを特徴とする請求項７に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項９】
前記光学部品は、前記増幅用光ファイバと前記光ファイバとの間に配置され、前記増幅用光ファイバの前記コアと結合するブリッジコアと、前記増幅用光ファイバの前記クラッド、及び、前記光ファイバの一端及び他端と結合するブリッジクラッドとを有するブリッジファイバをさらに備え、
前記ブリッジクラッドは、前記増幅用光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバの前記クラッドの外径以上の外径とされ、前記光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバ側の端部よりも大きな外径とされることを特徴とする
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項１０】
前記光学部品は、前記増幅用光ファイバの前記一方の端部側において、前記コアと結合する第２光ファイバをさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項１１】
前記光学部品は、複数の貫通孔を有するキャピラリをさらに備え、
前記光ファイバの前記一端及び前記他端、及び、前記第２光ファイバは、それぞれ前記貫通孔を貫通するように、前記貫通孔に挿入されている
ことを特徴とする請求項１０のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項１２】
前記光ファイバ及び前記第２光ファイバと前記キャピラリとが一体とされていることを特徴とする請求項１１に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項１３】
前記光学部品は、前記増幅用光ファイバと前記光ファイバとの間に配置され、前記増幅用光ファイバの前記コア、及び、前記第２光ファイバと結合するブリッジコアと、前記増幅用光ファイバの前記クラッド、及び、前記光ファイバの一端及び他端と結合するブリッジクラッドとを有するブリッジファイバをさらに備え、
前記ブリッジクラッドは、前記増幅用光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバの前記クラッドの外径以上の外径とされ、前記光ファイバ側の端部において前記増幅用光ファイバ側の端部よりも大きな外径とされることを特徴とする
ことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの前記コアを伝播する種光を出力する種光源と、
前記増幅用光ファイバの前記クラッドを伝播する励起光を出力する励起光源と、
を備え、
前記励起光源から出力された前記励起光は、前記増幅用光ファイバの他方の端部側から前記一方の端部側に向かう方向に沿って、前記クラッドを伝播する
ことを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光学部品付き増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの前記クラッドを伝播する励起光を出力する励起光源と、
前記増幅用光ファイバの両端側において前記増幅用光ファイバの前記コアと結合し、前記活性元素が放出する自然放出光の少なくとも１部の波長の光を互いに異なる反射率で反射する一組のミラーと、
を備え、
前記励起光源から出力された前記励起光は、前記増幅用光ファイバの他方の端部側から前記一方の端部側に向かう方向に沿って、前記クラッドを伝播する
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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２１０７５６（Ｐ２０１１−２１０７５６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７３９９０（Ｐ２０１０−７３９９０）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【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２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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