特開 2024-168822 ファイバレーザ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024168822

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】ファイバレーザ装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/067 20060101AFI20241128BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

H01S3/067

H01S3/10 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023085797

(22)【出願日】2023-05-24

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３０年度、防衛装備庁、委託事業、産業技術力強化法第１７条第１項の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(71)【出願人】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100143764

【弁理士】

【氏名又は名称】森村 靖男

(72)【発明者】

【氏名】島 研介

(72)【発明者】

【氏名】長岡 隆二

【テーマコード（参考）】

5F172

【Ｆターム（参考）】

5F172AM04

5F172AM08

5F172DD03

5F172NN09

5F172ZZ01

5F172ZZ03

(57)【要約】

【課題】 誘導ラマン散乱及びフォトダークニングの発生を抑制しつつ、出力パワーの低下を抑制し得るファイバレーザ装置を提供する。
【解決手段】 ファイバレーザ装置は、第１増幅用光ファイバ６１と、第１増幅用光ファイバ６１を挟む第１ＦＢＧ５１及び第２ＦＢＧ５２と、第２ＦＢＧ５２の第１増幅用光ファイバ６１側と反対側に配置される第２増幅用光ファイバ６２と、第１増幅用光ファイバに第１ＦＢＧ５１側から励起光を導入する第１励起光源１１と、第２増幅用光ファイバ６２に第２ＦＢＧ５２側と反対側から励起光を導入する第２励起光源１２と、を備え、第２増幅用光ファイバ６２のコアに添加される活性元素の濃度は、第１増幅用光ファイバ６１のコアに添加される活性元素の濃度より高く、第１励起光源１１からの励起光の一部は、第１増幅用光ファイバ６１を透過して第２増幅用光ファイバ６２に伝搬する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

活性元素が添加されるコア、及びクラッドを有する第１増幅用光ファイバと、
前記第１増幅用光ファイバの一方側において、前記第１増幅用光ファイバの前記コアと光学的に結合し、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の波長の光を反射する第１ミラーと、
前記第１増幅用光ファイバの他方側において、前記第１増幅用光ファイバの前記コアと光学的に結合し、前記第１ミラーが反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、
前記第２ミラーの前記第１増幅用光ファイバ側と反対側に配置され、活性元素が添加されるコア、及びクラッドを有し、当該コアが前記第２ミラーと光学的に結合し、当該クラッドが前記第１増幅用光ファイバの前記クラッドと光学的に結合する第２増幅用光ファイバと、
前記第１増幅用光ファイバの前記クラッドに前記第１ミラー側から励起光を導入する第１励起光源と、
前記第２増幅用光ファイバの前記クラッドに前記第２ミラー側と反対側から励起光を導入する第２励起光源と、
を備え、
前記第２増幅用光ファイバの前記コアに添加される前記活性元素の濃度は、前記第１増幅用光ファイバの前記コアに添加される前記活性元素の濃度より高く、
前記第１励起光源からの前記励起光の一部は、前記第１増幅用光ファイバの前記クラッドを透過して前記第２増幅用光ファイバの前記クラッドに伝搬する
ことを特徴とするファイバレーザ装置。

【請求項2】

前記第２増幅用光ファイバの前記コアに添加される前記活性元素の濃度は、前記第１増幅用光ファイバの前記コアに添加される前記活性元素の濃度の２倍以上４倍以下である
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。

【請求項3】

前記第１増幅用光ファイバと前記第２増幅用光ファイバとで、前記第１励起光源及び前記第２励起光源が出射する前記励起光の９９％以上を吸収する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のファイバレーザ装置。

【請求項4】

前記第２増幅用光ファイバは、入射する前記励起光の９８％以上を吸収する
ことを特徴とする請求項３に記載のファイバレーザ装置。

【請求項5】

前記第１励起光源からの前記励起光の３３％以上６６％以下が前記第２増幅用光ファイバに伝搬する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。

【請求項6】

前記第１励起光源が出射する前記励起光のパワーと、前記第２励起光源が出射する前記励起光のパワーとは、概ね等しい
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。

【請求項7】

前記第１増幅用光ファイバの前記コアの直径と、前記第２増幅用光ファイバの前記コアの直径とは概ね同じである
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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、レーザ加工分野、医療分野等の様々な分野で用いられている。下記特許文献１には、ファイバレーザ装置の一例が記載されている。このファイバレーザ装置は、種光源と、種光源に接続され種光源からの光を増幅する光増幅器と、を備える。種光源は、高反射率ミラー、低反射率ミラー、及びこれらミラー間に配置される増幅用光ファイバにより形成される共振器と、増幅用光ファイバに高反射率ミラー側から励起光を導入する励起光源とを備える。光増幅器は、種光源に光学的に結合される増幅用光ファイバと、この増幅用光ファイバに種光源側と反対側から励起光を導入する励起光源とを備える。

【0003】

このファイバレーザ装置では、高反射率ミラーと低反射率ミラーとの間で光が共振し、これらミラーの間の増幅用光ファイバにおいて当該光が増幅され、増幅された光の一部が種光源から出射する。出射した光は、増幅器に入射し、増幅用光ファイバでさらに増幅されて出射する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１９０８３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この様なファイバレーザ装置において、共振器内では、前方に伝搬する光と後方に伝搬する光とが存在するため、光のパワー密度が大きくなり、誘導ラマン散乱が生じる懸念がある。誘導ラマン散乱が生じると、意図しない波長の光が増幅して、出力が不安定になる懸念がある。そこで、共振器における増幅用光ファイバを短くして、誘導ラマン散乱が生じることを抑えることが考えられる。しかし、出力パワーがより大きなファイバレーザ装置が求められているため、出力パワーの低下が抑制されることが好ましい。このため、共振器にパワーの大きな励起光を入射すると、増幅用光ファイバのコアにおける光の透過損失が増加するフォトダークニングが生じる場合がある。そこで、本発明は、誘導ラマン散乱及びフォトダークニングの発生を抑制しつつ、出力パワーの低下を抑制し得る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】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明のファイバレーザ装置は、活性元素が添加されるコア、及びクラッドを有する第１増幅用光ファイバと、前記第１増幅用光ファイバの一方側において、前記第１増幅用光ファイバの前記コアと光学的に結合し、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の波長の光を反射する第１ミラーと、前記第１増幅用光ファイバの他方側において、前記第１増幅用光ファイバの前記コアと光学的に結合し、前記第１ミラーが反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、前記第２ミラーの前記第１増幅用光ファイバ側と反対側に配置され、活性元素が添加されるコア、及びクラッドを有し、当該コアが前記第２ミラーと光学的に結合し、当該クラッドが前記第１増幅用光ファイバの前記クラッドと光学的に結合する第２増幅用光ファイバと、前記第１増幅用光ファイバの前記クラッドに前記第１ミラー側から励起光を導入する第１励起光源と、前記第２増幅用光ファイバの前記クラッドに前記第２ミラー側と反対側から励起光を導入する第２励起光源と、を備え、前記第２増幅用光ファイバの前記コアに添加される前記活性元素の濃度は、前記第１増幅用光ファイバの前記コアに添加される前記活性元素の濃度より高く、前記第１励起光源からの前記励起光の一部は、前記第１増幅用光ファイバの前記クラッドを透過して前記第２増幅用光ファイバの前記クラッドに伝搬することを特徴とするものである。

【0007】

上記のように誘導ラマン散乱が生じやすい部位は、共振器内である。このファイバレーザ装置では、第１ミラーと第１増幅用光ファイバと第２ミラーとにより共振器が構成される。しかし、このファイバレーザ装置によれば、第１励起光源からの励起光の一部は、第１増幅用光ファイバを透過するため、第１励起光源からの励起光が全て第１増幅用光ファイバで吸収される場合と比べて、共振器内でのコアを伝搬する光のパワー密度が大きくなり過ぎず、誘導ラマン散乱の発生を抑制することができる。ところで、フォトダークニングの生じ易さは、増幅用光ファイバのコアを伝搬する光のパワー密度を励起光のパワー密度で除した値で活性元素の濃度を除した値が影響する。このため、このため第１励起光源からの励起光のパワーが大きいほど第１増幅用光ファイバにおけるフォトダークニングが生じやすい。しかし、このファイバレーザ装置の第１増幅用光ファイバのコアに添加される活性元素の濃度は、第２増幅用光ファイバのコアに添加される活性元素の濃度より低い。従って、第１増幅用光ファイバのコアに添加される活性元素の濃度が第２増幅用光ファイバのコアに添加される活性元素の濃度と同じくらい高い場合と比べると、第１増幅用光ファイバにおけるフォトダークニングの発生が抑えられている。また、このファイバレーザ装置では、第１励起光源からの励起光の一部は、第１増幅用光ファイバよりも活性元素の濃度が高い第２増幅用光ファイバに伝搬する。このため、第１励起光源からの励起光が第２増幅用光ファイバに伝搬しない場合と比べて、第２増幅用光ファイバにおける光の増幅率が高い。従って、本発明のファイバレーザ装置は、出力パワーの低下を抑制し得る。以上のように、本発明のファイバレーザ装置によれば、誘導ラマン散乱及びフォトダークニングの発生を抑制しつつ、出力パワーの低下を抑制し得る。

【0008】

また、前記第２増幅用光ファイバの前記コアに添加される前記活性元素の濃度は、前記第１増幅用光ファイバの前記コアに添加される前記活性元素の濃度の２倍以上４倍以下であることが好ましい。

【0009】

また、前記第１増幅用光ファイバと前記第２増幅用光ファイバとで、前記第１励起光源及び前記第２励起光源が出射する前記励起光の９９％以上を吸収することが好ましい。

【0010】

このように構成さることで、漏洩する励起光のパワーが小さく、コアを伝搬する光が効率よく増幅され、漏洩する励起光による部材の損傷を抑制することができる。

【0011】

この場合、前記第２増幅用光ファイバは、入射する前記励起光の９８％以上を吸収することが好ましい。

【0012】

このような構成により、第２増幅用光ファイバから出射する励起光のパワーが小さく、第２増幅用光ファイバから出射する励起光が第１増幅用光ファイバに伝搬して、第１増幅用光ファイバ内でコアを伝搬する光が増幅され過ぎることを抑制し、誘導ラマン散乱の発生をより抑制し得る。また、第１増幅用光ファイバを透過して第２増幅用光ファイバに入射する励起光を効率的に用いることができる。

【0013】

また、前記第１励起光源からの前記励起光の３３％以上６６％以下が前記第２増幅用光ファイバに伝搬することが好ましい。

【0014】

このように構成されることで、第１増幅用光ファイバにおける誘導ラマン散乱の発生を抑制しつつ、第１増幅用光ファイバ及び第２増幅用光ファイバのコアを伝搬する光を安定させて増幅し得る。

【0015】

また、前記第１励起光源が出射する前記励起光のパワーと、前記第２励起光源が出射する前記励起光のパワーとは、概ね等しいことが好ましい。

【0016】

このように構成することで、できる限りパワーの大きな励起光を第１、第２増幅用光ファイバに導入して、ファイバレーザ装置からハイパワーの光を出射することができる。

【0017】

また、前記第１増幅用光ファイバの前記コアの直径と、前記第２増幅用光ファイバの前記コアの直径とは概ね同じであってもよい。

【発明の効果】

【0018】

以上のように、本発明によれば、誘導ラマン散乱及びフォトダークニングの発生を抑制しつつ、出力パワーの低下を抑制し得るファイバレーザ装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の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】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。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明に係る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。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。

【0021】

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、本実施形態のファイバレーザ装置１は、第１励起光源１１及び第２励起光源１２と、第１ミラーとしての第１ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）５１及び第２ミラーとしての第２ＦＢＧ５２と、第１増幅用光ファイバ６１及び第２増幅用光ファイバ６２と、を主な構成として備える。

【0022】

第１励起光源１１は、複数のレーザダイオード１１ｄから構成され、後述の第１増幅用光ファイバ６１及び第２増幅用光ファイバ６２のそれぞれに添加される活性元素を励起する波長の励起光を出射する。この励起光の波長は、後述のように第１増幅用光ファイバ６１、及び第２増幅用光ファイバ６２に添加される活性元素がイッテルビウム（Ｙｂ）である場合、例えば９７６ｎｍである。なお、第１励起光源１１は、所定の電源に接続されており、当該電源からの電流に応じたパワーの励起光を出射する。この電源は出力する電流を可変できることが好ましい。第１励起光源１１のそれぞれのレーザダイオード１１ｄは、励起光用光ファイバ２１の一端に接続されている。励起光用光ファイバ２１は、例えば、直径が１２５μｍのコアを有する光ファイバである。それぞれの励起光用光ファイバ２１の他端は、励起光コンバイナ３１に接続されている。

【0023】

励起光コンバイナ３１には、後述の光ファイバ４１の一端が接続されており、光ファイバ４１の他端には、第１増幅用光ファイバ６１の一端が接続されている。

【0024】

図２は、図１に示す第１増幅用光ファイバ６１の断面の様子を示す図である。図２に示すように第１増幅用光ファイバ６１は、コア６１１と、コア６１１の外周面を隙間なく囲む内側クラッド６１２と、内側クラッド６１２の外周面を被覆する外側クラッド６１３と、外側クラッド６１３を被覆する被覆層６１４とを主な構成として備える。つまり、第１増幅用光ファイバ６１は、構造的観点ではダブルクラッド光ファイバである。内側クラッド６１２の屈折率はコア６１１の屈折率よりも低く、外側クラッド６１３の屈折率は内側クラッド６１２の屈折率よりも低い。コア６１１の直径は、例えば２８μｍであり、内側クラッド６１２の外径は、例えば４００μｍである。本実施形態では、第１増幅用光ファイバ６１は、光学的観点では、マルチモード光ファイバであり、コア６１１を例えば４ＬＰモードの光が伝搬する。また、第１増幅用光ファイバ６１の長さは、例えば２０ｍである。なお、コア６１１は、例えば２ＬＰモード以上１０ＬＰモード以下の光が伝搬可能な構成であってもよい。なお、内側クラッド６１２には、後述のように励起光が伝搬し、このような励起光が伝搬する内側クラッドは単にクラッドと呼ばれる場合がある。

【0025】

コア６１１には、第１励起光源１１から出射される励起光で励起される活性元素が添加されている。本実施形態では、活性元素としてイッテルビウムが添加される。なお、コア６１１には、フォトダークニングに対する耐性を高めるためにアルミニウム及びリンが更に添加されることが好ましい。また、コア６１１には、屈折率を調整するために、フッ素（Ｆ）やホウ素（Ｂ）等のドーパントが少なくとも一部に添加されても良い。また、本実施形態と異なるが、コア６１１に添加される活性元素はイッテルビウム以外の活性元素であっても良い。このような活性元素として、イッテルビウムの他に、例えばツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（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。

【0026】

また、内側クラッド６１２は、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英や、フッ素等の屈折率を低下させる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６１３は、例えば、内側クラッド６１２より屈折率の低い樹脂や、フッ素等の屈折率を低下させる元素が添加された石英から成る。被覆層６１４は、例えば、熱硬化型や紫外線硬化型の樹脂から成り、外側クラッド６１３が樹脂から成る場合、外側クラッド６１３の樹脂と異なる樹脂から成る。

【0027】

第１増幅用光ファイバ６１の一端に接続されている光ファイバ４１は、コアに活性元素が添加されていない点を除いて第１増幅用光ファイバ６１と同じ構成である。従って、光ファイバ４１は、構造的観点ではダブルクラッド光ファイバであり、光学的観点ではマルチモード光ファイバである。第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１と光ファイバ４１のコアとが光学的に結合し、第１増幅用光ファイバ６１の内側クラッド６１２と光ファイバ４１の内側クラッドとが光学的に結合している。

【0028】

光ファイバ４１のコアには、第１ミラーである第１ＦＢＧ５１が設けられている。こうして第１ＦＢＧ５１は、第１増幅用光ファイバ６１の一端側に設けられ、コア６１１と光学的に結合されている。第１ＦＢＧ５１は、光ファイバ４１の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されることで構成されている。この周期が調整されることにより、第１ＦＢＧ５１は、励起状態とされた第１増幅用光ファイバ６１の活性元素が放出する光のうち少なくとも一部の波長の光を反射する。第１ＦＢＧ５１は、上述のように第１増幅用光ファイバ６１に添加される活性元素がイッテルビウムである場合、例えば波長が１０７０ｎｍ±３ｎｍの光を例えば９９％以上の反射率で反射する。

【0029】

励起光コンバイナ３１は、それぞれの励起光用光ファイバ２１のコアと接続されており、それぞれの励起光用光ファイバ２１のコアと光ファイバ４１の内側クラッドとを光学的に結合している。従って、第１励起光源１１から出射する励起光は、励起光用光ファイバ２１、励起光コンバイナ３１、及び光ファイバ４１を介して、第１増幅用光ファイバ６１の内側クラッド６１２に伝搬することができる。このため、第１励起光源１１は、第１増幅用光ファイバ６１の内側クラッド６１２に第１ＦＢＧ５１側から励起光を導入する光源である。

【0030】

第１増幅用光ファイバ６１の他端には、光ファイバ４２の一端が接続されている。光ファイバ４２は、光ファイバ４１と同様の構成である。従って、光ファイバ４２は、構造的観点ではダブルクラッド光ファイバであり、光学的観点ではマルチモード光ファイバである。第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１と光ファイバ４２のコアとが光学的に結合し、第１増幅用光ファイバ６１の内側クラッド６１２と光ファイバ４２の内側クラッドとが光学的に結合している。

【0031】

光ファイバ４２のコアには、第２ミラーである第２ＦＢＧ５２が設けられている。こうして第２ＦＢＧ５２は、第１増幅用光ファイバ６１の他端側に設けられ、コア６１１と光学的に結合されている。第２ＦＢＧ５２は、光ファイバ４２の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、第１ＦＢＧ５１が反射する光の少なくとも一部の波長の光を第１ＦＢＧ５１よりも低い反射率で反射するように構成されている。第２ＦＢＧ５２は、例えば、第１ＦＢＧ５１が反射する光と同じ波長の光を例えば１０％の反射率で反射するように構成されている。こうして、第１ＦＢＧ５１と第１増幅用光ファイバ６１と第２ＦＢＧ５２とで、共振器が形成されている。この共振器で共振する光の一部は、第２ＦＢＧ５２を透過する。

【0032】

光ファイバ４２の他端には、第２増幅用光ファイバ６２の一端が接続されている。第２増幅用光ファイバ６２は、後述のコアに添加される活性元素の濃度を除き、第１増幅用光ファイバ６１と同様の構成である。従って、第２増幅用光ファイバ６２は、構造的観点ではダブルクラッド光ファイバであり、光学的観点ではマルチモード光ファイバである。また、本実施形態では、第２増幅用光ファイバ６２のコアの直径や内側クラッドの外径は、第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１の直径や内側クラッド６１２の外径と等しく、第２増幅用光ファイバ６２の長さは、第１増幅用光ファイバ６１の長さと等しい。光ファイバ４２のコアと第２増幅用光ファイバ６２のコアとが光学的に結合し、光ファイバ４２の内側クラッドと第２増幅用光ファイバ６２の内側クラッドとが光学的に結合している。従って、第２増幅用光ファイバ６２のコアは、第２ＦＢＧ５２と光学的に結合されており、第２ＦＢＧ５２を透過する光は、第２増幅用光ファイバ６２のコアに伝搬する。また、第１増幅用光ファイバ６１の内側クラッド６１２と第２増幅用光ファイバ６２の内側クラッドとは、光ファイバ４２の内側クラッドを介して光学的に結合しているため、第１増幅用光ファイバ６１の内側クラッド６１２から光が出射する場合には、当該光は第２増幅用光ファイバ６２の内側クラッドに入射する。

【0033】

第２励起光源１２は、第２増幅用光ファイバ６２の内側クラッドに第２ＦＢＧ５２側と反対側から励起光を導入する光源である。第２励起光源１２は、第１励起光源１１の複数のレーザダイオード１１ｄと同様の構成の複数のレーザダイオード１２ｄから構成され、第１励起光源１１と同様の光を出射する。従って、第１励起光源１１が出射する励起光のパワーと、第２励起光源１２が出射する励起光のパワーとは、概ね等しい。また、第２励起光源１２から出射する光は、第１励起光源１１が出射する励起光の波長と概ね等しい波長であり、第２増幅用光ファイバ６２に添加される活性元素を励起する。なお、第２励起光源１２は、第１励起光源１１に接続される電源と同様の電源に接続されている。第２励起光源１２のそれぞれのレーザダイオード１２ｄは、励起光用光ファイバ２１と同様の構成の励起光用光ファイバ２２の一端に接続されている。それぞれの励起光用光ファイバ２２の他端は、励起光コンバイナ３２に接続されている。

【0034】

励起光コンバイナ３２には、第２増幅用光ファイバ６２の他端が接続されており、それぞれの励起光用光ファイバ２２のコアと第２増幅用光ファイバ６２の内側クラッドとを光学的に結合している。従って、第２励起光源１２から出射する励起光は、励起光用光ファイバ２２、及び励起光コンバイナ３２を介して、第２増幅用光ファイバ６２の内側クラッドに伝搬することができる。

【0035】

励起光コンバイナ３２には、デリバリ光ファイバ７１の一端が接続されている。デリバリ光ファイバ７１は、コア及びクラッドを有し、当該コア及びクラッドは、例えば第２増幅用光ファイバ６２のコア及び内側クラッドと同径である。デリバリ光ファイバのコアは、励起光コンバイナ３２を介して、第２増幅用光ファイバ６２のコアと光学的に結合されている。また、デリバリ光ファイバ７１の他端には、出射部７５が接続されている。出射部７５は、例えばデリバリ光ファイバ７１のコアよりも太い直径のガラスロッドで構成される。従って、デリバリ光ファイバ７１のコアから出射部７５に入射する光は、直径が広げられて出射部７５から出射する。

【0036】

次に、第１増幅用光ファイバ６１及び第２増幅用光ファイバ６２のコアに添加される活性元素の濃度について説明する。

【0037】

第１増幅用光ファイバ６１は、第１増幅用光ファイバ６１の内側クラッド６１２に入射する励起光の一部がコア６１１に添加される活性元素に吸収され、当該励起光の他の一部が第１増幅用光ファイバ６１から出射するよう構成される。このように励起光が吸収されるよう第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１に添加される活性元素の濃度及び第１増幅用光ファイバ６１の長さが調整されている。第１増幅用光ファイバ６１から出射する励起光は、光ファイバ４２を介して第２増幅用光ファイバ６２に入射する。

【0038】

また、第１増幅用光ファイバ６１は、第１増幅用光ファイバ６１に入射する励起光の３３％以上６６％以下が出射するよう構成されることが好ましい。このように構成されることで、第１増幅用光ファイバ６１における誘導ラマン散乱の発生を抑制しつつ、コア６１１を伝搬する光を効率よく増幅し得る。この場合、当該３３％以上６６％以下の励起光が第２増幅用光ファイバ６２に入射する。更に、第１増幅用光ファイバ６１は、第１増幅用光ファイバ６１に入射する励起光の概ね５０％が出射するよう構成されることがより好ましく、この場合、当該概ね５０％の励起光が第２増幅用光ファイバ６２に入射する。

【0039】

なお、本実施形態では、第１励起光源１１及び第２励起光源１２から出射する励起光の９９％以上は、第１増幅用光ファイバ６１及び第２増幅用光ファイバ６２で吸収される。このため、漏洩する励起光のパワーが小さく、コアを伝搬する光が効率よく増幅され、漏洩する励起光による部材の損傷を抑制することができる。

【0040】

また、第２増幅用光ファイバ６２のコアに添加される活性元素の濃度は、第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１に添加される活性元素の濃度より高い。具体的には、第２増幅用光ファイバ６２のコアに添加される活性元素の濃度は、コア６１１に添加される活性元素の濃度の２倍以上４倍以下であることが好ましく、概ね３倍であることがより好ましい。このため、第２増幅用光ファイバ６２は第１増幅用光ファイバ６１よりも多くの励起光を吸収できる構成であり、本実施形態では、第２増幅用光ファイバ６２は、第２増幅用光ファイバ６２の内側クラッドに入射する励起光の殆どが、第２増幅用光ファイバ６２で吸収されるよう構成される。具体的には、第２増幅用光ファイバ６２は、入射する励起光の９８％以上を吸収することが好ましく、９９％以上を吸収することがより好ましい。このように第２増幅用光ファイバ６２が入射する励起光の殆どを吸収することで、第２増幅用光ファイバ６２から出射する励起光のパワーが小さい。従って、第２増幅用光ファイバ６２から出射する励起光が第１増幅用光ファイバ６１に伝搬して、第１増幅用光ファイバ６１内でコア６１１を伝搬する光が増幅され過ぎることを抑制し、誘導ラマン散乱の発生をより抑制し得る。

【0041】

次に、ファイバレーザ装置１の動作について説明する。

【0042】

まず、第１励起光源１１のそれぞれのレーザダイオード１１ｄ及び第２励起光源１２のそれぞれのレーザダイオード１２ｄから励起光が出射される。第１励起光源１１から出射する励起光は、励起光用光ファイバ２１から励起光コンバイナ３１及び光ファイバ４１を介して、第１増幅用光ファイバ６１の一端から内側クラッド６１２に入射して、当該内側クラッド６１２を主に伝搬する。内側クラッド６１２を伝搬する励起光の一部は、コア６１１を通過する際にコア６１１に添加されている活性元素に吸収され当該活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は、所定波長を含む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１ＦＢＧ５１及び第２ＦＢＧ５２で共通して反射される所定波長を含む光が、第１ＦＢＧ５１と第２ＦＢＧ５２との間を共振する。共振する光が第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１を伝搬するときに、励起状態の活性元素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２ＦＢＧ５２を透過する。そして、第１ＦＢＧ５１と第１増幅用光ファイバ６１と第２ＦＢＧ５２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増幅用光ファイバ６２のコアに一定のパワーの光が入射する。

【0043】

また、第１増幅用光ファイバ６１に入射し内側クラッド６１２を伝搬する励起光の他の一部は、第１増幅用光ファイバ６１で吸収されず、第１増幅用光ファイバ６１の他端から出射して、光ファイバ４２の内側クラッドを介して、第２増幅用光ファイバ６２の一端から第２増幅用光ファイバ６２の内側クラッドに入射して、当該内側クラッドを主に伝搬する。更に、第２励起光源１２から出射する励起光は、励起光用光ファイバ２２から励起光コンバイナ３２を介して、第２増幅用光ファイバ６２の他端から第２増幅用光ファイバ６２の内側クラッドに入射して、第１増幅用光ファイバ６１から入射する励起光の進行方向とは逆方向に当該内側クラッドを主に伝搬する。第２増幅用光ファイバ６２を伝搬する励起光は、第２増幅用光ファイバのコアに添加される活性元素に吸収される。上記のように本実施形態では、第２増幅用光ファイバ６２の内側クラッドに入射する励起光の殆どが、第２増幅用光ファイバ６２のコアに添加される活性元素で吸収される。このため、当該活性元素が励起状態となり、当該活性元素が第１増幅用光ファイバのコア６１１から第２増幅用光ファイバ６２のコアに伝搬する光により誘導放出を起こして、コアを伝搬する光は増幅される。

【0044】

第２増幅用光ファイバ６２で増幅された光は、第２増幅用光ファイバ６２からデリバリ光ファイバ７１のコアに入射して、当該コアから出射部７５に伝搬して、出射部７５で直径が広げられて、出射部７５から出射する。

【0045】

以上説明したように、本実施形態のファイバレーザ装置１では、第２増幅用光ファイバ６２のコアに添加される活性元素の濃度は、第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１に添加される活性元素の濃度より高く、第１励起光源１１からの励起光の一部は、第１増幅用光ファイバ６１を透過して第２増幅用光ファイバ６２に伝搬する。このように、本実施形態のファイバレーザ装置１によれば、第１励起光源１１からの励起光の一部は、第１増幅用光ファイバ６１を透過するため、第１励起光源１１からの励起光が全て第１増幅用光ファイバ６１で吸収される場合と比べて、共振器内でのコアを伝搬する光のパワー密度が大きくなり過ぎず、誘導ラマン散乱の発生を抑制することができる。

【0046】

また、上記のように、ファイバレーザ装置の出力パワーが増加すると、フォトダークニングが生じる場合があり、フォトダークニングの生じ易さは、増幅用光ファイバのコアを伝搬する光のパワー密度を励起光のパワー密度で除した値で活性元素の濃度を除した値が影響する。従って、コアに添加される活性元素の濃度が高いほどフォトダークニングは生じ易く、また、コアを伝搬する光のパワー密度に対して励起光のパワー密度が大きいほどフォトダークニングは生じ易い。本実施形態のファイバレーザ装置１では、第１増幅用光ファイバ６１における第１励起光源１１側である一方の端部側では、コア６１１を伝搬する光のパワー密度が小さく、内側クラッド６１２を伝搬する励起光のパワー密度が大きい。従って、第１増幅用光ファイバ６１では、一方の端部側で最もフォトダークニングが生じやすい。しかし、第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１に添加される活性元素の濃度は、第２増幅用光ファイバ６２のコアに添加される活性元素の濃度より低い。従って、第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１に添加される活性元素の濃度が第２増幅用光ファイバ６２のコアに添加される活性元素の濃度と同じくらい高い場合と比べると、第１増幅用光ファイバ６１におけるフォトダークニングの発生が抑制される。

【0047】

また、本実施形態のファイバレーザ装置１では、第１増幅用光ファイバ６１を透過する第１励起光源１１からの一部の励起光が、第２増幅用光ファイバに入射する。第２増幅用光ファイバ６２の活性元素の濃度は、第１増幅用光ファイバ６１の濃度よりも高いため、第２増幅用光ファイバ６２において、第１励起光源１１からの励起光は効率的に吸収され、コアを伝搬する光の増幅に用いられる。従って、本実施形態のファイバレーザ装置は、出力の低下が抑制されている。

【0048】

なお、第２増幅用光ファイバ６２のコアに添加される活性元素の濃度は、第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１に添加される活性元素の濃度よりも高い。しかし、第２増幅用光ファイバ６２における第１増幅用光ファイバ６１側である一方の端部側では、第１励起光源から伝搬する励起光のパワー密度は、当該励起光の一部が第１増幅用光ファイバ６１で吸収される分小さく、第２励起光源からの励起光のパワー密度は、当該励起光の一部が第２増幅用光ファイバ６２で吸収される分小さい。従って、第２増幅用光ファイバ６２の一方の端部側におけるフォトダークニングの発生が抑制されている。また、第２増幅用光ファイバの他方の端部側では、コアを伝搬する光が増幅されており、当該光のパワー密度が大きい。従って、第２増幅用光ファイバ６２の他方の端部側においてもフォトダークニングの発生が抑制されている。このように本実施形態のファイバレーザ装置１によれば、フォトダークニングの発生が抑制されている。

【0049】

なお、上記のように、第１励起光源１１から出射する励起光のパワーと第２励起光源から出射する励起光のパワーが互いに概ね等しく、第２増幅用光ファイバ６２が入射する励起光の９９％以上を吸収する場合、第２増幅用光ファイバ６２のコアに添加される活性元素の濃度は第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１に添加される活性元素の濃度の２倍以上４倍以下で、第１増幅用光ファイバ６１から出射して第２増幅用光ファイバ６２に入射する第１励起光源１１からの励起光は３３％以上６６％以下であることが好ましい。このようなバランスであることで、フォトダークニングの発生をより抑制しつつ、ファイバレーザ装置１をよりハイパワー化することができる。さらに第２増幅用光ファイバ６２のコアに添加される活性元素の濃度が第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１に添加される活性元素の概ね３倍で、第１増幅用光ファイバ６１から出射して第２増幅用光ファイバ６２に入射する第１励起光源１１からの励起光が概ね５０％であることがフォトダークニングの発生を更に抑制する観点からより好ましい。

【0050】

以上、本発明について実施形態を例に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されて解釈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。

【0051】

例えば、第２増幅用光ファイバ６２のコアに添加される活性元素の濃度は、第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１に添加される活性元素の濃度より高ければ、コア６１１に添加される活性元素の濃度の２倍以上４倍以下でなくてもよい。

【0052】

また、第１増幅用光ファイバ６１と第２増幅用光ファイバ６２とで、第１励起光源１１及び第２励起光源１２が出射する励起光の９９％より低い効率で吸収してもよい。ただし、効率よくハイパワーの光を出射するためには、第１増幅用光ファイバ６１と第２増幅用光ファイバ６２とで、励起光の９９％以上を吸収することが好ましい。

【0053】

また、第２増幅用光ファイバ６２は、入射する励起光を９８％より低い効率で吸収してもよい。例えば、第２増幅用光ファイバ６２が入射する励起光を９７％で吸収してもよく、この場合、第２励起光源１２からの励起光のうち概ね３％の励起光が第２増幅用光ファイバ６２から出射して第１増幅用光ファイバ６１に入射する。

【0054】

また、第１励起光源１１からの励起光の一部が第２増幅用光ファイバ６２に伝搬する限りにおいて、第１励起光源１１からの励起光の３３％より低いパワーの励起光や、６６％より高いパワーの励起光が第２増幅用光ファイバ６２に伝搬してもよい。

【0055】

また、第１励起光源１１が出射する励起光のパワーと第２励起光源１２が出射する励起光のパワーとが互いに異なってもよい。ただし、できる限りパワーの大きな励起光を増幅用光ファイバに導入して、ファイバレーザ装置１からハイパワーの光を出射する観点から、第１励起光源１１が出射する励起光のパワーと第２励起光源１２が出射する励起光のパワーとが互いに等しいことが好ましい。

【0056】

また、第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１の直径と、第２増幅用光ファイバ６２のコアの直径とが互いに異なってもよく、第１増幅用光ファイバ６１の内側クラッド６１２の外径と、第２増幅用光ファイバ６２の内側クラッド６１２の外径とが互いに異なってもよい。この場合、第２増幅用光ファイバ６２のコアの直径が第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１の直径よりも大きいことが、第１増幅用光ファイバ６１のコア６１１から出射する光が効率よく第２増幅用光ファイバ６２のコアに入射する観点から好ましい。また、第２増幅用光ファイバ６２の内側クラッドの外径が第１増幅用光ファイバ６１の内側クラッド６１２の外径よりも大きいことが、第１増幅用光ファイバ６１の内側クラッド６１２から出射する光が効率よく第２増幅用光ファイバ６２の内側クラッドに入射する観点から好ましい。また、第１増幅用光ファイバ６１の長さと、第２増幅用光ファイバ６２の長さとが互いに異なってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0057】

以上説明したように、本発明によれば、誘導ラマン散乱及びフォトダークニングの発生を抑制して、出力パワーの低下を抑制し得るファイバ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】

【0058】

１・・・ファイバレーザ装置
１１・・・第１励起光源
１２・・・第２励起光源
５１・・・第１ＦＢＧ（第１ミラー）
５２・・・第２ＦＢＧ（第２ミラー）
６１・・・第１増幅用光ファイバ
６２・・・第２増幅用光ファイバ
７１・・・デリバリ光ファイバ

【図1】

【図2】