特許 6268232 光ファイバ、及び、レーザ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6268232

(24)【登録日】2018年1月5日

(45)【発行日】2018年1月24日

(54)【発明の名称】光ファイバ、及び、レーザ装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/067 20060101AFI20180115BHJP

   H01S 3/0941 20060101ALI20180115BHJP

   G02B 6/036 20060101ALI20180115BHJP

【ＦＩ】

   H01S3/067

   H01S3/0941

   G02B6/036

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-132498(P2016-132498)

(22)【出願日】2016年7月4日

(65)【公開番号】特開2018-6596(P2018-6596A)

(43)【公開日】2018年1月11日

【審査請求日】2017年2月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100143764

【弁理士】

【氏名又は名称】森村 靖男

(74)【代理人】

【識別番号】100129296

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 博昭

(72)【発明者】

【氏名】岸 達也

(72)【発明者】

【氏名】北原 倫太郎

【審査官】 吉野 三寛

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−５１８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−８１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４６６７５３５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第９０９３８１５（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ３／００−３／３０

Ｇ０２Ｂ ６／０３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ装置に用いられ、コアを波長１０６０ｎｍの光が少なくともＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとで伝搬可能な光ファイバであって、
前記ＬＰ０１モードの光の伝搬定数と前記ＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差が１８５０ｒａｄ／ｍ以上４０００ｒａｄ／ｍ以下とされる
ことを特徴とする光ファイバ。

【請求項2】

前記ＬＰ０１モードの光の伝搬定数と前記ＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差が２５００ｒａｄ／ｍ以下とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。

【請求項3】

前記コアのクラッドに対する屈折率分布がステップ状であり、
前記コアの直径が１８μｍ以上２８．５μｍ以下とされ、
前記コアの前記クラッドに対する比屈折率差が０．１％以上０．２％以下とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。

【請求項4】

前記コアの直径が２３μｍ以上とされる
ことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ。

【請求項5】

前記コアにはイッテルビウムが添加される
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光ファイバ。

【請求項6】

コアを波長１０６０ｎｍの光が少なくともＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとで伝搬する光ファイバを備え、
前記光ファイバにおける前記ＬＰ０１モードの光の伝搬定数と前記ＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差が１８５０ｒａｄ／ｍ以上４０００ｒａｄ／ｍ以下とされる
ことを特徴とするレーザ装置。

【請求項7】

前記コアにはイッテルビウムが添加され、
前記光ファイバには励起光が入射する
ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘導ラマン散乱を抑制しつつ、ビーム品質の劣化を抑制することができる光ファイバ、及び、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、パワー密度が高く、小さなビームスポットとなる光が得られることから、レーザ加工分野、医療分野等の様々な分野において用いられている。この様なファイバレーザ装置では、出射する光の高出力化がなされている。しかし、光ファイバ内における光のパワー密度が高くなると、誘導ラマン散乱に起因する光の波長変換が生じ易くなり、意図しない波長の光が出射する場合がある。この場合、被加工体等で反射する光が再びファイバレーザ装置に戻って増幅されることにより、設計上増幅されるべき波長の光の増幅が不安定となり、出力が不安定となる場合がある。

【0003】

光ファイバにおける誘導ラマン散乱を抑制するためには、コアを伝搬する光の実効断面積を大きくすることが挙げられる。この実効断面積を大きくするには、コアの直径を大きくする方法、コアのクラッドに対する比屈折率差を小さくする方法等を挙げることができる。コアの直径を大きくすると、コアの光の閉じ込め力が大きくなるため、光ファイバがマルチモード化する傾向にある。そこで、コアの光の閉じ込め力を抑制するために、コアのクラッドに対する比屈折率差を小さくすることが挙げられる。しかし、コアのクラッドに対する比屈折率差を小さくすると、コアを伝搬する光がマクロベンドやマイクロベンドによる影響を受けやすくなる。このため、適度にコアの直径を大きくしつつ、コアのクラッドに対する比屈折率差を調整することが求められる。

【0004】

しかし、コアを上記のように設計する場合であっても、光をシングルモードで伝搬しようとすると光の実効断面積の大きさに限界がある。そこで、下記特許文献１に記載の光ファイバのように、光をフューモードで伝搬可能なコアを有する光ファイバを用いてファイバレーザ装置を構成することで、光の実効断面積を大きくすることが試みられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６−５１８５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ファイバレーザ装置では、集光性の観点等から出射する光のビーム品質が優れていることが好ましく、そのため上記のように光をフューモードで伝搬可能なコアを有する光ファイバを用いることにより光の実効断面積を大きくする場合であっても、基本モード以外のモードの光が励振されることを抑えたいという要請がある。なお、ビーム品質は、例えば、Ｍ^２（エムスクエア）等で示される。

【0007】

そこで、本発明は、誘導ラマン散乱を抑制しつつ、ビーム品質の劣化を抑制することができる光ファイバ、及び、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、本発明は、レーザ装置に用いられ、コアを波長１０６０ｎｍの光が少なくともＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとで伝搬可能な光ファイバであって、前記ＬＰ０１モードの光の伝搬定数と前記ＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差が１８５０ｒａｄ／ｍ以上４０００ｒａｄ／ｍ以下とされることを特徴とする。

【0009】

コアを光が少なくともＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとで伝搬し、ＬＰ０１モードの光の伝搬定数とＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差が４０００ｒａｄ／ｍ以下とされることで、シングルモードファイバと比べて、光の実効断面積を大きくすることができる。このため、誘導ラマン散乱を抑制することができる。また、本発明者等は、光ファイバを伝搬するＬＰ０１モードの光の伝搬定数とＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差が１８５０ｒａｄ／ｍ以上である場合にビーム品質の劣化が抑制されることを見出した。これは、このような差がある場合、ＬＰ０１モードの光からＬＰ１１モードの光に移行することが抑制されるためと考えられる。このため、本発明の光ファイバによれば、誘導ラマン散乱を抑制しつつ、ビーム品質の劣化を抑制することができる。

【0010】

また、前記ＬＰ０１モードの光の伝搬定数と前記ＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差が２５００ｒａｄ／ｍ以下とされることが好ましい。

【0011】

このように構成されることで、光の実効断面積をより大きくすることができ、誘導ラマン散乱をより抑制することができる。

【0012】

また、前記コアのクラッドに対する屈折率分布がステップ状であり、前記コアの直径が１８μｍ以上２８．５μｍ以下とされ、前記コアの前記クラッドに対する比屈折率差が０．１％以上０．２％以下とされることとしても良い。

【0013】

この場合、前記コアの直径が２３μｍ以上とされることが、光の実効断面積をより大きくする観点から好ましい。

【0014】

また、前記コアにはイッテルビウムが添加されても良い。

【0015】

この場合、上記の光ファイバをファイバレーザ装置に用いる増幅用光ファイバとして使用することができる。

【0016】

また、本発明のレーザ装置は、コアを波長１０６０ｎｍの光が少なくともＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとで伝搬する光ファイバを備え、前記光ファイバにおける前記ＬＰ０１モードの光の伝搬定数と前記ＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差が１８５０ｒａｄ／ｍ以上４０００ｒａｄ／ｍ以下とされることを特徴とする。

【0017】

このようなレーザ装置は、光ファイバにおいて、誘導ラマン散乱を抑制しつつビーム品質の劣化を抑制することができるため、波長シフトが抑制されビーム品質の劣化が抑制された光を出射することができる。

【0018】

また、前記コアにはイッテルビウムが添加され、前記光ファイバには励起光が入射することとしても良い。

【0019】

この場合、レーザ装置をファイバレーザ装置とすることができる。

【発明の効果】

【0020】

以上のように、本発明によれば、誘導ラマン散乱を抑制しつつ、ビーム品質の劣化を抑制することができる光ファイバ、及び、レーザ装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１実施形態に係るレーザ装置を示す図である。

【図2】増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。

【図3】第１光ファイバの長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。

【図4】光ファイバを伝搬する光の実効断面積と、ＬＰ０１モードの光の伝搬定数とＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差との関係を示すシミュレーション図である。

【図5】光ファイバを伝搬する光の実効断面積と、ＬＰ０１モードの光の伝搬定数とＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差との関係を示す実測値の図である。

【図6】ＬＰ０１モードの光の伝搬定数とＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差と、ビーム品質（Ｍ^２）との関係を示す実測値の図である。

【図7】ＬＰ０１モードの光の伝搬定数とＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差ごとに、コアの直径とコアのクラッドに対する比屈折率差との関係を示す図である。

【図8】本発明の第２実施形態に係るレーザ装置を示す図である。

【図9】本発明の第３実施形態に係るレーザ装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明に係る光ファイバ及び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。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。なお、理解の容易のため、それぞれの図のスケールと、以下の説明に記載のスケールとが異なる場合がある。

【0023】

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るレーザ装置を示す図である。図１に示すように、本実施形態のレーザ装置１は、共振器型のファイバレーザ装置とされ、増幅用光ファイバ１０と、励起光源２０と、第１光ファイバ３０と、第１光ファイバ３０に設けられる第１ＦＢＧ３５と、第２光ファイバ４０と、第２光ファイバ４０に設けられる第２ＦＢＧ４５と、光コンバイナ５０とを主な構成として備える。

【0024】

図２は、図１に示す増幅用光ファイバ１０の断面の構造を示す断面図である。図２に示すように増幅用光ファイバ１０は、コア１１と、コア１１の外周面を隙間なく囲む内側クラッド１２と、内側クラッド１２の外周面を被覆する外側クラッド１３と、外側クラッド１３を被覆する被覆層１４とを主な構成として備え、いわゆるダブルクラッド構造とされている。内側クラッド１２の屈折率はコア１１の屈折率よりも低く、外側クラッド１３の屈折率は内側クラッド１２の屈折率よりも低くされている。

【0025】

コア１１は、例えば屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントが添加された石英や、屈折率上昇のためのドーパントが添加されていない石英から成る。さらに、コア１１には、後述のように光を増幅させるためのドーパントとして、励起光源２０から出射される励起光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）が添加されている。コア１１に屈折率を上昇させるためのドーパントが添加されている場合、内側クラッド１２は、例えば、何らドーパントが添加されない石英や屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英から成る。また、コア１１が屈折率上昇のためのドーパントが添加されていない石英から成る場合、内側クラッド１２は、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英から成る。また、外側クラッド１３は、樹脂または石英から成り、樹脂としては例えば紫外線硬化樹脂が挙げられ、石英としては例えば内側クラッド１２よりもさらに屈折率が低くなるように屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英が挙げられる。また、被覆層１４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、外側クラッド１３が樹脂の場合、外側クラッドを構成する樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂とされる。

【0026】

また、増幅用光ファイバ１０は、フューモードファイバであり、コア１１を波長１０６０ｎｍの光が伝搬する場合に、当該光は、基本モードであるＬＰ０１モードの光の他に２次ＬＰモード以上の高次モードの光が伝搬する。この高次モードの光としては、例えば、ＬＰ１１モードの光、ＬＰ２１モードの光、ＬＰ０２モードの光等を挙げることができる。

【0027】

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。本実施形態では、レーザダイオード２１は、例えば、ＧａＡｓ系半導体を材料としたファブリペロー型半導体レーザであり中心波長が９１５ｎｍの励起光を出射する。また、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１は光ファイバ２５に接続されており、レーザダイオード２１から出射する励起光は光ファイバ２５を例えばマルチモード光として伝播する。

【0028】

それぞれの光ファイバ２５は光コンバイナ５０において、増幅用光ファイバ１０の一端に接続されている。具体的には、それぞれの光ファイバ２５のコアが増幅用光ファイバ１０の内側クラッド１２と光学的に結合するように、それぞれの光ファイバ２５のコアと増幅用光ファイバ１０の内側クラッド１２とが接続されている。従って、それぞれのレーザダイオード２１が出射する励起光は、光ファイバ２５を介して増幅用光ファイバ１０の内側クラッド１２に入射して、内側クラッド１２を主に伝搬する。

【0029】

図３は、第１光ファイバ３０の様子を示す図である。第１光ファイバ３０は、コア３１と、このコア３１の外周面を隙間なく囲むクラッド３２と、クラッド３２を被覆する被覆層３４とを主な構成として備える。コア３１の構成は、例えば、イッテルビウム等の希土類元素が添加されていない点を除き増幅用光ファイバ１０のコア１１の構成と同様とされ、コア３１の直径はコア１１の直径と例えば同じとされる。また、クラッド３２は、例えば、増幅用光ファイバ１０の内側クラッド１２よりも直径が小さい点を除き内側クラッド１２と同様の構成とされる。被覆層３４は、例えば、増幅用光ファイバ１０の被覆層１４の構成と同様とされる。

【0030】

第１光ファイバ３０は、光コンバイナ５０において、光ファイバ２５と共に増幅用光ファイバ１０の一端に接続されている。具体的には、増幅用光ファイバ１０のコア１１に第１光ファイバ３０のコア３１が光学的に結合するように、増幅用光ファイバ１０のコア１１と第１光ファイバ３０のコア３１とが接続されている。第１光ファイバ３０は、フューモードファイバとされ、増幅用光ファイバ１０のコア１１が伝搬する光と同様の光を伝搬する。従って、増幅用光ファイバ１０のコア１１を伝搬する各ＬＰモードの光は、そのまま第１光ファイバ３０のコア３１を伝搬することができる。

【0031】

また、第１光ファイバ３０のコア３１にはゲルマニウム等の感光性（光が照射されることで屈折率が変化する性質）の元素が添加されており、第１光ファイバ３０のコア３１には、第１ＦＢＧ３５が設けられている。こうして、第１ＦＢＧ３５は増幅用光ファイバ１０の一方側に配置され、増幅用光ファイバ１０のコア１１と光学的に結合する。第１ＦＢＧ３５は、コア３１の第１ＦＢＧ３５以外の部分よりも屈折率が高い高屈折率部と、コア３１の第１ＦＢＧ３５以外の部分と同様の屈折率である低屈折率部とが、コア３１の長手方向に沿って周期的に繰り返されている。この高屈折率部の繰り返しパターンは、例えば高屈折率部となる部位に紫外線が照射されて形成される。この様にして形成される第１ＦＢＧ３５は、増幅用光ファイバ１０のコア１１に添加されているイッテルビウムが励起状態とされた状態で放出する光のうち少なくとも１０６０ｎｍの波長を含む光を反射するように構成されている。また、第１ＦＢＧ３５の反射率は、後述の第２ＦＢＧ４５の反射率よりも高く、上記イッテルビウムが放出する光のうち波長１０６０ｎｍの光を例えば９９％以上で反射する。

【0032】

なお、第１光ファイバ３０の増幅用光ファイバ１０と接続される側と反対側には、光を熱に変換する終端部３８が設けられている。

【0033】

第２光ファイバ４０は、クラッドの直径が増幅用光ファイバ１０の内側クラッド１２と同じ直径である点を除き第１光ファイバ３０と同様の構成とされる。従って、第２光ファイバ４０は、第１光ファイバ３０と同様にフューモードファイバであり、増幅用光ファイバ１０のコア１１が伝搬する光と同様の光を伝搬することができる。第２光ファイバ４０は、増幅用光ファイバ１０の他端において、増幅用光ファイバ１０のコア１１と第２光ファイバ４０のコアとが光学的に結合するように接続される。従って、増幅用光ファイバ１０のコア１１を伝搬するフューモードの光は、フューモードのまま第２光ファイバ４０のコアを伝搬する。

【0034】

また、第２光ファイバ４０のコアには、第２ＦＢＧ４５が設けられている。こうして、第２ＦＢＧ４５は増幅用光ファイバ１０の他方側に配置され、増幅用光ファイバ１０のコア１１と光学的に結合する。第２ＦＢＧ４５は、第１ＦＢＧ３５と同様に高屈折率部と低屈折率部とが周期的に繰り返されて形成されている。第２ＦＢＧ４５は、第１ＦＢＧ３５が反射する波長１０６０ｎｍを含む光を第１ＦＢＧ３５よりも低い反射率で反射するように構成されている。第２ＦＢＧ４５は、第１ＦＢＧ３５が反射する光が入射する場合に、この光を例えば１０％程度の反射率で反射する。こうして、第１ＦＢＧ３５と増幅用光ファイバ１０と第２ＦＢＧ４５とで、共振器が形成されている。また、本実施形態では第２光ファイバ４０の増幅用光ファイバ側と反対側の他端には特に何も接続されていないが、ガラスロッド等が接続されても良い。

【0035】

次に、レーザ装置１の動作について説明する。

【0036】

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。この励起光は光ファイバ２５を介して、増幅用光ファイバ１０の内側クラッド１２に入射して、主に内側クラッド１２を伝搬する。内側クラッド１２を伝搬する励起光は、コア１１を通過する際にコア１１に添加されているイッテルビウムを励起する。励起状態とされたイッテルビウムは、特定の波長帯域の自然放出光を放出する。この自然放出光を起点として、第１ＦＢＧ３５及び第２ＦＢＧ４５で共通して反射される波長１０６０ｎｍを含む光が、第１ＦＢＧ３５と第２ＦＢＧ４５との間を共振する。共振する光が増幅用光ファイバ１０のコア１１を伝搬するときに、励起状態のイッテルビウムが誘導放出を起こして、共振する光が増幅される。共振する光のうち、一部の光は第２ＦＢＧ４５を透過して、第２光ファイバ４０から出射する。そして、第１ＦＢＧ３５と増幅用光ファイバ１０と第２ＦＢＧ４５とを含む共振器内における利得と損失が等しくなったところでレーザ発振状態となり、第２光ファイバ４０から一定のパワーの光が出射する。

【0037】

ところで、上記のように増幅用光ファイバ１０、第１光ファイバ３０及び第２光ファイバ４０はそれぞれフューモードファイバとされる。従って、第１ＦＢＧ３５と第２ＦＢＧ４５との間を共振する光、及び、第２ＦＢＧ４５を透過する光には、基本モードの光の他、第２ＬＰモード以上となる幾つかの高次モードの光が含まれる。基本モードの光の他、第２ＬＰモード以上となる幾つかの高次モードの光が第２光ファイバ４０を伝搬して、レーザ装置１から出射する。

【0038】

なお、増幅用光ファイバ１０側から第１ＦＢＧ３５を透過する光の大部分は、終端部３８で熱に変換されて消滅する。

【0039】

ここで、光ファイバのコアを伝搬する光の伝搬定数について説明する。なお以下の説明において、クラッドという場合、第１光ファイバ３０のクラッド３２や第２光ファイバ４０のクラッドや増幅用光ファイバ１０の内側クラッド１２を意味する。伝搬定数は、光波が伝搬する場合の位相変動に関する定数である。光は波であるため、光の振幅をＡとし、コアの中心からの距離ｚとすると、コアにおける電界Ｅは、下記式（１）で示される。
Ｅ＝Ａｅｘｐ［−（α＋ｉβ）ｚ］ ・・・（１）

【0040】

なお、αは波の減衰を示す消衰係数であり、βは波の伝搬を示す伝搬定数であり、ｉは虚数単位である。上記式（１）は、コアを伝搬するそれぞれのモードの光毎に記述することができ、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光とでは、互いに異なる消衰係数αを有し、互いに異なる伝搬定数βを有する。伝搬定数βは波の伝搬を示すため、コアを伝搬する光の伝搬定数βを規定することは、コアを伝搬する当該光の実効屈折率ｎ_ｅｆｆを規定することとなる。コアを伝搬する光の波長をλとすると、実効屈折率ｎ_ｅｆｆは下記式（２）で示すことができる。
ｎ_ｅｆｆ＝λβ／２π ・・・（２）

【0041】

ところで、コアを伝搬する光の実効断面積Ａ_ｅｆｆは、当該光の実効屈折率ｎ_ｅｆｆと相関する値である。従って、実効断面積Ａ_ｅｆｆは、当該光の伝搬定数βと相関する値であると言える。

【0042】

次に、コアを伝搬するＬＰ０１モードの光の伝搬定数とＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差をΔβとすると、伝搬定数差Δβも実効断面積Ａ_ｅｆｆと相関する。

【0043】

図４は、光ファイバを伝搬する光の実効断面積と、ＬＰ０１モードの光の伝搬定数とＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差との関係を示すシミュレーション図である。図４のシミュレーションでは、コアの屈折率分布を径方向に一定、すなわちステップ状の屈折率分布とした。また、当該シミュレーションでは、コアの直径を１０μｍから４０μｍまで１μｍ間隔で変化させると共に、コアのクラッドに対する比屈折率差を０．１％から０．２％まで０．００５％間隔で変化させた。図４より、上記のように伝搬定数差Δβが実効断面積Ａ_ｅｆｆと相関することが分かる。また、図４より、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との伝搬定数差Δβが４０００ｒａｄ／ｍ以下であれば、光の実効断面積を２００μｍ^２以上とすることができる。光の実効断面積が２００μｍ^２以上であれば、光のエネルギー密度を低減することができ、誘導ラマン散乱が生じることを抑制することができる。また、伝搬定数差Δβが２５００ｒａｄ／ｍ以下であれば、光の実効断面積を３００μｍ^２以上とすることができる。光の実効断面積が３００μｍ^２以上であれば、光のエネルギー密度をより低減することができ、誘導ラマン散乱が生じることをより抑制することができる。

【0044】

図５は、光ファイバを伝搬する光の実効断面積と、ＬＰ０１モードの光の伝搬定数とＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差との関係を示す実測値の図である。測定した光ファイバは、コアの屈折率分布がステップ状であり、コアの直径が２８μｍであり、コアのクラッドに対する比屈折率差が０．１２％であり、理論上ＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、ＬＰ０２モード、ＬＰ３１モード、ＬＰ１２モードの光が伝搬可能なものである。図５に示す実測値においても、上記のように伝搬定数差Δβが実効断面積Ａ_ｅｆｆと相関することが分かる。

【0045】

次に、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との伝搬定数差Δβと、光ファイバから出射する光のビーム品質との関係について説明する。図６は、当該関係の実測値を示す図である。図６の実測は図５に用いた光ファイバを用いて、基本モードの光を光ファイバの一端から入射して、他方から出射する光のＭ^２を測定することで行った。図６では、入射する光のＭ^２と出射する光のＭ^２との差ΔＭ^２を縦軸としている。基本モードのみから成る光のＭ^２は１であり、高次モードが励振されてビーム品質が悪くなるほどＭ^２の値は大きくなる。従って、図６における差ΔＭ^２が大きいほど出射するビーム品質が悪化していることを示す。図６から分かるように、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との伝搬定数差Δβが１８５０［ｒａｄ／ｍ］より小さくなるとビーム品質が劣化する場合がある。従って、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との伝搬定数差Δβが１８５０［ｒａｄ／ｍ］以上であれば、光ファイバから出射する光のビーム品質の劣化が抑制できることが分かる。

【0046】

次に、コアの直径ｒと、コアのクラッドに対する比屈折率差Δｎと、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との伝搬定数差Δβと、の関係について説明する。コアの屈折率をｎ_１とし、クラッドの屈折率をｎ_２とすると、コアのクラッドに対する比屈折率差Δｎは、下記式（３）で示される。
Δｎ＝（ｎ_１^２−ｎ_２^２）／（２ｎ_１^２） ・・・（３）

【0047】

図７は、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との伝搬定数差Δβごとに、コアの直径とコアのクラッドに対する比屈折率差Δｎとの関係をシミュレーションで示す図である。なお、本図においても、コアの屈折率分布を径方向に一定、すなわちステップ状とした。図７に示すように、コアの直径が１８μｍ以上であれば、伝搬定数差Δβを４０００ｒａｄ／ｍ以下にすることができることが分かる。つまり、図４を考慮すると、コアの直径が１８μｍ以上であれば、光の実効断面積を２００μｍ^２以上とすることができることとなる。また、直径が２３μｍ以上であれば、伝搬定数差Δβを２５００ｒａｄ／ｍ以下にすることができることが分かる。つまり、図４を考慮すると、コアの直径が２３μｍ以上であれば、光の実効断面積を３００μｍ^２以上とすることができることとなる。また、コアの直径が２８．５μｍ以下であれば、伝搬定数差Δβを１８５０ｒａｄ／ｍ以上にすることができることが分かる。つまり、図６を考慮すると、上記より、コアの直径が２８．５μｍ以下であれば、光ファイバから出射する光のビーム品質の劣化が抑制できることとなる。

【0048】

従って、波長１０６０ｎｍの光を出射する上記のレーザ装置１において、増幅用光ファイバ１０を伝搬するＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との伝搬定数差Δβが４０００ｒａｄ／ｍ以下であれば、誘導ラマン散乱が生じることを抑制することができ、伝搬定数差Δβが２５００ｒａｄ／ｍ以下であれば、誘導ラマン散乱が生じることをより抑制することができる。また、増幅用光ファイバ１０を伝搬するＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との伝搬定数差Δβが、１８５０ｒａｄ／ｍ以上であればレーザ装置１から出射する光のビーム品質の劣化が抑制できる。従って、増幅用光ファイバ１０のコア１１の内側クラッド１２に対する屈折率分布はステップ状であり、コアの直径が１８μｍ以上２８．５μｍ以下とされることが好ましく、コアの直径が２３μｍ以上２８．５μｍ以下とされることがより好ましい。

【0049】

同様に、上記のレーザ装置１において、第１光ファイバ３０や第２光ファイバ４０を伝搬するＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との伝搬定数差Δβが４０００ｒａｄ／ｍ以下であれば、誘導ラマン散乱が生じることを抑制することができ、伝搬定数差Δβが２５００ｒａｄ／ｍ以下であれば、誘導ラマン散乱が生じることをより抑制することができる。また、第１光ファイバ３０や第２光ファイバ４０を伝搬するＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との伝搬定数差Δβが、１８５０ｒａｄ／ｍ以上であればレーザ装置１から出射する光のビーム品質の劣化が抑制できる。従って、第１光ファイバ３０や第２光ファイバ４０においても、上記増幅用光ファイバ１０と同様にしてのコアのクラッドに対する屈折率分布はステップ状であり、コアの直径が１８μｍ以上２８．５μｍ以下とされることが好ましく、コアの直径が２３μｍ以上２８．５μｍ以下とされることがより好ましい。

【0050】

以上説明したように、本実施形態のレーザ装置１に用いられる光ファイバは、コアを波長１０６０ｎｍの光が少なくともＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとで伝搬可能であり、ＬＰ０１モードの光の伝搬定数とＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差が１８５０ｒａｄ／ｍ以上４０００ｒａｄ／ｍ以下とされることで、誘導ラマン散乱を抑制しつつ、ビーム品質の劣化を抑制することができる。

【0051】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図８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ことがある。

【0052】

図８は、本実施形態に係るレーザ装置を示す図である。図８に示すように、本実施形態のレーザ装置２は、ＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置とされる点において第１実施形態のレーザ装置１と異なる。従って、本実施形態のレーザ装置２は、種光源７０を備える。

【0053】

種光源７０は、例えば、レーザダイオードやファイバレーザ等からなり、波長が１０６０ｎｍの種光を出射するよう構成されている。種光源７０は、第１実施形態の第１光ファイバ３０と同様の構成とされＦＢＧが形成されていない第１光ファイバ３０に接続されており、種光源７０から出射する種光は、第１光ファイバ３０のコアを伝搬する。

【0054】

本実施形態の光コンバイナ５０も第１実施形態の光コンバイナ５０と同様の構成とされる。従って、種光源７０から出射する種光は第１光ファイバ３０のコアを介して増幅用光ファイバ１０のコア３１に入射してコア３１を伝搬する。また、第１実施形態のレーザ装置１と同様に励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から出射する励起光は増幅用光ファイバ１０の内側クラッド１２に入射して主に内側クラッド１２を伝搬し、コア１１に添加されているイッテルビウムを励起する。このため、コアを伝搬する種光は、励起状態とされたイッテルビウムの誘導放出により増幅されて、増幅された種光が増幅用光ファイバ１０から出力光として出射する。増幅用光ファイバ１０から出射する光は第１実施形態と同様にして第２光ファイバ４０を介して出射する。

【0055】

本実施形態においても、レーザ装置２に用いられる増幅用光ファイバ１０、第１光ファイバ３０及び第２光ファイバ４０の少なくとも１つが、コアを波長１０６０ｎｍの光が少なくともＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとで伝搬可能であり、ＬＰ０１モードの光の伝搬定数とＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差が１８５０ｒａｄ／ｍ以上４０００ｒａｄ／ｍ以下とされることで、誘導ラマン散乱を抑制しつつ、ビーム品質の劣化を抑制することができる。なお、本実施形態では第１光ファイバ３０を伝搬する種光のパワーが小さい場合には、第１光ファイバ３０が上記構成とされずとも誘導ラマン散乱の発生を抑えることができる。

【0056】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図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。

【0057】

図９は、本実施形態に係るレーザ装置を示す図である。図９に示すように本実施形態のレーザ装置３は、複数の光源６０と、光コンバイナ５３と、第１実施形態における第２光ファイバと同様の第２光ファイバ４０とを主な構成として備える。

【0058】

それぞれの光源６０は、波長１０６０ｎｍの光を出射するレーザ装置とされ、例えば、ファイバレーザ装置や固体レーザ装置とされる。光源６０がファイバレーザ装置とされる場合、光源６０は第１実施形態と同様の共振器型のファイバレーザ装置とされたり、第２実施形態と同様のＭＯ−ＰＡ型のファイバレーザ装置とされる。

【0059】

それぞれの光源６０には、光源６０から出射する光を伝搬する光ファイバ６１が接続されている。それぞれの光ファイバ６１は、例えば、第１実施形態の第１光ファイバ３０と同様とされる。従って、それぞれの光源６０から出射する光は、フューモードでそれぞれの光ファイバ６１を伝搬する。

【0060】

光コンバイナ５３は、それぞれの光ファイバ６１のコアと第２光ファイバ４０のコアとを光学的に接続する。

【0061】

本実施形態のレーザ装置３では、それぞれの光源６０から波長１０６０ｎｍの光が出射し、当該光はそれぞれの光ファイバ６１を介して、光コンバイナ５３を介して第２光ファイバ４０のコアに入射する。そして、第２光ファイバ４０から出射する。

【0062】

本実施形態においても、レーザ装置３に用いられる第２光ファイバ４０が、コアを波長１０６０ｎｍの光が少なくともＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとで伝搬可能であり、ＬＰ０１モードの光の伝搬定数とＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差が１８５０ｒａｄ／ｍ以上４０００ｒａｄ／ｍ以下とされることで、誘導ラマン散乱を抑制しつつ、ビーム品質の劣化を抑制することができる。

【0063】

以上、本発明について、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く、本発明の目的を達成する範囲において適宜構成を変更することができる。すなわち、本発明のレーザ装置に用いられる光ファイバは、コアを波長１０６０ｎｍの光が少なくともＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとで伝搬可能とされ、ＬＰ０１モードの光の伝搬定数とＬＰ１１モードの光の伝搬定数との差が１８５０ｒａｄ／ｍ以上４０００ｒａｄ／ｍ以下とされれば良く、その他の構成については適宜変更することができる。

【産業上の利用可能性】

【0064】

以上説明したように、本発明によれば、誘導ラマン散乱を抑制しつつ、ビーム品質の劣化を抑制することができる光ファイバ、及び、レーザ装置が提供され、加工用のレーザ装置等においての利用が期待される。

【符号の説明】

【0065】

１，２，３・・・レーザ装置
１０・・・増幅用光ファイバ
２０・・・励起光源
３０・・・第１光ファイバ
３１・・・コア
３５・・・第１ＦＢＧ
４０・・・第２光ファイバ
４５・・・第２ＦＢＧ
６０・・・光源
７０・・・種光源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】