特許 7385738 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-14

(45)【発行日】2023-11-22

(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 20060101AFI20231115BHJP

   G02B 6/44 20060101ALI20231115BHJP

【ＦＩ】

H01S3/067

G02B6/44 301Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022505789

(86)(22)【出願日】2021-01-05

(86)【国際出願番号】 JP2021000058

(87)【国際公開番号】W WO2021181845

(87)【国際公開日】2021-09-16

【審査請求日】2022-07-28

(31)【優先権主張番号】P 2020041303

(32)【優先日】2020-03-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】100109896

【弁理士】

【氏名又は名称】森 友宏

(72)【発明者】

【氏名】栗原 拓哉

【審査官】右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１５８９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８６５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２１５７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１０３５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００５８３００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第１０３９６５２３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２０１８／２０７８７２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ３／００ － ３／３０

Ｇ０２Ｂ ６／０２ － ６／０３６

Ｇ０２Ｂ ６／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を増幅可能な増幅用光ファイバであって、希土類元素が添加された増幅用コアを含む増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに供給する励起光を生成可能な少なくとも１つの励起光源と、
前記増幅用光ファイバにより増幅されたレーザ光を伝搬する第１のコアであって、少なくとも１つの第１の融着接続部を介して前記増幅用光ファイバの前記増幅用コアと光学的に結合される第１のコアと、前記第１のコアよりも低い屈折率を有し、前記第１のコアの周囲を覆う第１のクラッドとを含む出力光ファイバと、
少なくとも１つの第２の融着接続部を介して前記出力光ファイバの前記第１のコアと光学的に結合される第２のコアと、前記第２のコアよりも低い屈折率を有し、前記第２のコアの周囲を覆う第２のクラッドとを含むデリバリファイバと、
前記増幅用光ファイバ及び前記出力光ファイバを内部に収容する第１の収容ユニットと
を備え、
前記デリバリファイバの前記第２のクラッドの外径は、前記出力光ファイバの前記第１のクラッドの外径よりも大きく、
前記デリバリファイバは、前記第１の収容ユニットの内部から前記第１の収容ユニットの外部に延び、少なくとも一部に曲げられた部分を含む、
ファイバレーザ装置。

【請求項2】

クラッドモード光を除去するクラッドモード除去部を内部に収容する第２の収容ユニットであって、前記第１の収容ユニットとは別体の第２の収容ユニットをさらに備え、
前記デリバリファイバは、前記第１の収容ユニットの内部から前記第１の収容ユニットの外部に延び、前記第２の収容ユニットの前記クラッドモード除去部に接続される、
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の収容ユニットと前記第２の収容ユニットとは隣接して配置されている、請求項２に記載のファイバレーザ装置。

【請求項4】

前記第２の収容ユニットは、前記第１の収容ユニットの上方又は下方に隣接して配置されている、請求項３に記載のファイバレーザ装置。

【請求項5】

前記少なくとも１つの励起光源は、前記増幅用光ファイバの下流側に設けられる複数の後方励起光源を含み、
前記ファイバレーザ装置は、
前記複数の後方励起光源で生成される前記励起光を伝搬する複数の後方励起光ファイバと、
前記複数の後方励起光源により生成された前記励起光を結合して前記増幅用光ファイバに導入する後方光コンバイナであって、前記複数の後方励起光ファイバと前記出力光ファイバとが光学的に結合される端面を有する後方光コンバイナと
をさらに備える、
請求項１から４のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。

【請求項6】

前記少なくとも１つの励起光源を内部に収容する第３の収容ユニットであって、前記第１の収容ユニットとは別体の第３の収容ユニットをさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。

【請求項7】

前記第１の収容ユニットと前記第３の収容ユニットとは隣接して配置されている、請求項６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係り、特に励起光を用いて高出力のレーザ光を生成するファイバレーザ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から金属切断のために用いられてきた炭酸ガスレーザと比べると、ファイバレーザ装置は、そのビーム品質が良く、ビームスポットを小さくすることができ、またパワー密度も大きいため、近年、金属材料の切断や溶接などの加工を行うために用いられることが多くなってきている。このようなファイバレーザ装置においては、希土類元素が添加されたコアを含む増幅用光ファイバに励起光を供給し、増幅用光ファイバのコアに励起光を吸収させることでレーザ光が増幅される。増幅用光ファイバに供給された励起光によって増幅されたレーザ光は、デリバリファイバを伝搬して出射端部から出力される（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

従来のファイバレーザ装置では、増幅用光ファイバと出射端部とは互いに異なる収容ユニットに収容されているため、増幅用光ファイバから出射端部に延びるデリバリファイバは、増幅用光ファイバが収容される収容ユニットから外部に出され、所望の経路で取り回された後、出射端部が設けられる収容ユニットに導入されることとなる。このようにデリバリファイバを取り回す際には、スペース上の制約からデリバリファイバを曲げて配置せざるを得ない。曲げられたデリバリファイバのコアには側圧が作用するため、その内部を伝搬するレーザ光のビーム品質が悪化し得る。また、曲げられたデリバリファイバの形状が変化しやすく、レーザ光のビーム品質も安定しにくい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１６８７７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、出力されるレーザ光のビーム品質の悪化を抑制し、安定したビーム品質を得ることができ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】

本発明の一態様によれば、出力されるレーザ光のビーム品質の悪化を抑制し、安定したビーム品質を得ることができるファイバレーザ装置が提供される。このファイバレーザ装置は、レーザ光を増幅可能な増幅用光ファイバであって、希土類元素が添加された増幅用コアを含む増幅用光ファイバと、上記増幅用光ファイバに供給する励起光を生成可能な少なくとも１つの励起光源と、上記増幅用光ファイバにより増幅されたレーザ光を伝搬する第１のコアであって、少なくとも１つの第１の融着接続部を介して上記増幅用光ファイバの上記増幅用コアと光学的に結合される第１のコアと、上記第１のコアよりも低い屈折率を有し、上記第１のコアの周囲を覆う第１のクラッドとを含む出力光ファイバと、少なくとも１つの第２の融着接続部を介して上記出力光ファイバの上記第１のコアと光学的に結合される第２のコアと、上記第２のコアよりも低い屈折率を有し、上記第２のコアの周囲を覆う第２のクラッドとを含むデリバリファイバと、上記増幅用光ファイバ及び上記出力光ファイバを内部に収容する第１の収容ユニットとを備える。上記デリバリファイバの上記第２のクラッドの外径は、上記出力光ファイバの上記第１のクラッドの外径よりも大きい。上記デリバリファイバは、上記第１の収容ユニットの内部から上記第１の収容ユニットの外部に延びる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本発明の一実施形態におけるファイバレーザ装置の全体構成を模式的に示す図である。

【図2】図２は、図１に示すファイバレーザ装置における増幅用光ファイバを模式的に示す断面図である。

【図3】図３は、図１に示すファイバレーザ装置における前方光コンバイナ及び前方励起光ファイバを模式的に示す断面図である。

【図4】図４は、図１に示すファイバレーザ装置における後方光コンバイナ及び後方励起光ファイバを模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明に係るファイバレーザ装置の実施形態について図１から図４を参照して詳細に説明する。図１から図４において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図４においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。以下の説明では、特に言及がない場合には、「第１」や「第２」などの用語は、構成要素を互いに区別するために使用されているだけであり、特定の順位や順番を表すものではない。

【0009】

図１は、本発明の一実施形態におけるファイバレーザ装置１の全体構成を模式的に示す図である。図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、上下に積層された複数の収容ユニット１１～１４を含んでいる。図１では、理解を容易にするため、これらの収容ユニット１１～１４が互いに離間した状態で示されているが、実際には、収容ユニット１１～１４は互いに接するように上下に積層されている。

【0010】

図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、レーザ光を増幅可能な増幅用光ファイバ２０と、所定の波長帯の光を高い反射率で反射する高反射部２１と、この波長帯の光を高反射部２１よりも低い反射率で反射する低反射部２２と、増幅用光ファイバ２０の一端側（前方）から増幅用光ファイバ２０に励起光を供給する複数の前方励起光源３０と、前方励起光源３０から出力される励起光を結合して増幅用光ファイバ２０に導入する前方光コンバイナ３１と、増幅用光ファイバ２０の他端側（後方）から増幅用光ファイバ２０に励起光を供給する複数の後方励起光源４０と、後方励起光源４０から出力される励起光を結合して増幅用光ファイバ２０に導入する後方光コンバイナ４１と、増幅用光ファイバ２０に供給された励起光によって増幅されたレーザ光を出力するビーム出力端５０とを備えている。なお、本明細書では、特に言及がない場合には、増幅用光ファイバ２０からビーム出力端５０に向かう方向を「下流側」といい、それとは逆の方向を「上流側」ということとする。

【0011】

前方励起光源３０及び後方励起光源４０としては、例えば、波長９７５ｎｍの高出力マルチモード半導体レーザ（ＬＤ）を用いることができる。前方励起光源３０で生成されるレーザ光の波長と後方励起光源４０で生成されるレーザ光の波長は同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、高反射部２１及び低反射部２２は、例えば、周期的に光ファイバの屈折率を変化させて形成したファイバブラッググレーディングやミラーにより構成される。

【0012】

上から２段目の収容ユニット１２には、増幅用光ファイバ２０、高反射部２１、低反射部２２、前方光コンバイナ３１、及び後方光コンバイナ４１が収容されている。この収容ユニット１２の内部では、高反射部２１が、融着接続部２３で増幅用光ファイバ２０に接続され、融着接続部２５で前方光コンバイナ３１に接続されている。また、低反射部２２が、融着接続部２４で増幅用光ファイバ２０に接続され、融着接続部２６で後方光コンバイナ４１に接続されている。

【0013】

図２は、増幅用光ファイバ２０を模式的に示す断面図である。図２に示すように、増幅用光ファイバ２０は、例えばダブルクラッドファイバによって構成され、例えばイッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｒ）、ネオジム（Ｎｄ）などの希土類元素が添加されたコア２０１と、コア２０１の周囲に形成された内側クラッド２０２と、内側クラッド２０２の周囲に形成された外側クラッド２０３とを有する。内側クラッド２０２は、コア２０１の屈折率よりも低い屈折率の材料（例えばＳｉＯ₂）から構成され、コア２０１の内部はレーザ光（信号光）が伝搬する光導波路となっている。また、外側クラッド２０３は、内側クラッド２０２の屈折率よりも低い屈折率の樹脂（例えば低屈折率ポリマー）から構成され、コア２０１及び内側クラッド２０２の内部は励起光Ｐが伝搬する光導波路となっている。

【0014】

上から３段目の収容ユニット１３（第３の収容ユニット）には前方励起光源３０が収容されている。３段目の収容ユニット１３内の前方励起光源３０から２段目の収容ユニット１２内の前方光コンバイナ３１まで前方励起光ファイバ３３がそれぞれ延びている。また、最下段の収容ユニット１４（第３の収容ユニット）には後方励起光源４０が収容されている。最下段の収容ユニット１４内の後方励起光源４０から２段目の収容ユニット１２内の後方光コンバイナ４１まで後方励起光ファイバ４３がそれぞれ延びている。

【0015】

図３は、前方光コンバイナ３１及び前方励起光ファイバ３３を模式的に示す断面図である。図３に示すように、前方励起光ファイバ３３は、コア３３１と、コア３３１の周囲を覆うクラッド３３２と、クラッド３３２の周囲を覆う被覆（図示せず）とを含んでおり、クラッド３３２の屈折率はコア３３１の屈折率よりも低くなっている。したがって、前方励起光ファイバ３３のコア３３１の内部は前方励起光源３０からの励起光が伝搬する光導波路となっている。

【0016】

前方光コンバイナ３１は、コア３１１と、コア３１１の周囲を覆うクラッド３１２と、クラッド３１２の周囲を覆う被覆３１３とを有している。クラッド３１２の屈折率はコア３１１の屈折率よりも低くなっており、コア３１１の内部には励起光が伝搬する光導波路が形成されている。それぞれの前方励起光ファイバ３３は、前方励起光ファイバ３３のコア３３１が前方光コンバイナ３１のコア３１１の領域内に位置するように前方光コンバイナ３１に融着接続されている。前方励起光ファイバ３３と前方光コンバイナ３１との融着接続部の近傍では、前方励起光ファイバ３３の被覆と前方光コンバイナ３１の被覆３１３が除去されている。これにより、前方励起光源３０で生成された励起光が、前方励起光ファイバ３３のコア３３１を伝搬して前方光コンバイナ３１のコア３１１に導入され、前方光コンバイナ３１のコア３１１を伝搬する。なお、前方光コンバイナ３１のコア３１１の周囲に空気の層を形成し、この空気の層をクラッド３１２として用いてもよい。

【0017】

本実施形態における高反射部２１は、ファイバブラッググレーディングが形成されたダブルクラッドファイバにより構成されている。すなわち、高反射部２１は、コアと、コアの周囲を覆う内側クラッドと、内側クラッドの周囲を覆う外側クラッドとを有している。融着接続部２５（図１参照）では、前方光コンバイナ３１のコア３１１（図３参照）と高反射部２１の内側クラッドとが光学的に結合されている。また、融着接続部２３（図１参照）では、増幅用光ファイバ２０のコア２０１（図２参照）と高反射部２１のコアとが光学的に結合され、増幅用光ファイバ２０の内側クラッド２０２（図２参照）と高反射部２１の内側クラッドとが光学的に結合されている。

【0018】

図４は、後方光コンバイナ４１及び後方励起光ファイバ４３を模式的に示す断面図である。図４に示すように、後方励起光ファイバ４３は、コア４３１と、コア４３１の周囲を覆うクラッド４３２と、クラッド４３２の周囲を覆う被覆（図示せず）とを含んでおり、クラッド４３２の屈折率はコア４３１の屈折率よりも低くなっている。したがって、後方励起光ファイバ４３のコア４３１の内部は後方励起光源４０からの励起光が伝搬する光導波路となっている。

【0019】

後方光コンバイナ４１は、コア４１１と、コア４１１の周囲を覆う内側クラッド４１２と、内側クラッド４１２の周囲を覆う外側クラッド４１３と、外側クラッド４１３の周囲を覆う被覆４１４とを有している。内側クラッド４１２の屈折率はコア４１１の屈折率よりも低くなっており、コア４１１の内部は信号光が伝搬する光導波路となっている。また、外側クラッド４１３の屈折率は内側クラッド４１２の屈折率よりも低くなっており、コア４１１及び内側クラッド４１２の内部は励起光が伝搬する光導波路となっている。それぞれの後方励起光ファイバ４３は、後方励起光ファイバ４３のコア４３１が後方光コンバイナ４１の内側クラッド４１２の領域内に位置するように後方光コンバイナ４１に融着接続されている。後方励起光ファイバ４３と後方光コンバイナ４１との融着接続部の近傍では、後方励起光ファイバ４３の被覆と後方光コンバイナ４１の被覆４１４が除去されている。なお、後方光コンバイナ４１の内側クラッド４１２の周囲に空気の層を形成し、この空気の層を外側クラッド４１３として用いてもよい。

【0020】

本実施形態における低反射部２２は、ファイバブラッググレーディングが形成されたダブルクラッドファイバにより構成されている。すなわち、低反射部２２は、コアと、コアの周囲を覆う内側クラッドと、内側クラッドの周囲を覆う外側クラッドとを有している。融着接続部２６（図１参照）では、後方光コンバイナ４１のコア４１１（図４参照）と低反射部２２のコアとが光学的に結合され、後方光コンバイナ４１の内側クラッド４１２と低反射部２２の内側クラッドとが光学的に結合されている。また、融着接続部２４（図１参照）では、増幅用光ファイバ２０のコア２０１（図２参照）と低反射部２２のコアとが光学的に結合され、増幅用光ファイバ２０の内側クラッド２０２（図２参照）と低反射部２２の内側クラッドとが光学的に結合されている。

【0021】

図４に示すように、後方光コンバイナ４１の端面中央部には出力光ファイバ６０が接続されている。この出力光ファイバ６０は、コア６０１（第１のコア）と、コア６０１の周囲を覆うクラッド６０２（第１のクラッド）とを含んでいる。クラッド６０２の屈折率はコア６０１の屈折率よりも低くなっており、コア６０１の内部は信号光が伝搬する光導波路となっている。例えば、出力光ファイバ６０のコア６０１の外径は４０μｍであり、クラッド６０２の外径は１２５μｍである。出力光ファイバ６０は、後方光コンバイナ４１のコア４１１が出力光ファイバ６０のコア６０１の領域内に位置するように後方光コンバイナ４１に融着接続されている。この出力光ファイバ６０は、後方光コンバイナ４１とともに収容ユニット１２（図１参照）に収容されている。

【0022】

図４に示すように、出力光ファイバ６０の端部にはデリバリファイバ７０が接続されている。このデリバリファイバ７０は、コア７０１（第２のコア）と、コア７０１の周囲を覆うクラッド７０２（第２のクラッド）と、クラッド７０２の周囲を覆う被覆７０３とを有している。クラッド７０２の屈折率はコア７０１の屈折率よりも低くなっており、コア７０１の内部は信号光が伝搬する光導波路となっている。例えば、デリバリファイバ７０のコア７０１の外径は４０μｍであり、クラッド７０２の外径は４００μｍである。デリバリファイバ７０は、出力光ファイバ６０のコア６０１がデリバリファイバ７０のコア７０１の領域内に位置するように出力光ファイバ６０に融着接続されている。出力光ファイバ６０とデリバリファイバ７０との融着接続部の近傍では、デリバリファイバ７０の被覆７０３が除去されている。

【0023】

デリバリファイバ７０の出力光ファイバ６０側の端部は収容ユニット１２（第１の収容ユニット）に収容されているが、このデリバリファイバ７０は収容ユニット１２から外部に延び、所定の経路で取り回された上で収容ユニット１１（第２の収容ユニット）に導入される。なお、デリバリファイバ７０の損傷を低減するために、デリバリファイバ７０が収容ユニット１１及び１２から外部に出ている部分では被覆７０３を有することが好ましい。

【0024】

収容ユニット１１には、クラッドモード光を除去するクラッドモード除去部としてのクラッドモードストリッパ８０が収容されており、収容ユニット１１に導入されたデリバリファイバ７０の端部が融着接続部８１でクラッドモードストリッパ８０に接続される。このクラッドモードストリッパ８０としては様々な種類の公知のクラッドモード除去構造を採用することができ、このクラッドモードストリッパ８０によりデリバリファイバ７０のクラッド７０２を伝搬する不要なクラッドモード光が除去される。収容ユニット１１内のクラッドモードストリッパ８０は、融着接続部８２で光ファイバ８３に接続されている。この光ファイバ８３はビーム出力端５０まで延びている。

【0025】

このような構成において、それぞれの前方励起光源３０で生成された励起光は、前方励起光ファイバ３３のコア３３１を伝搬して前方光コンバイナ３１のコア３１１に導入される。前方光コンバイナ３１のコア３１１に導入された励起光は高反射部２１を通って増幅用光ファイバ２０の内側クラッド２０２に導入される。また、それぞれの後方励起光源４０で生成された励起光は、後方励起光ファイバ４３のコア４３１を伝搬して後方光コンバイナ４１の内側クラッド４１２に導入される。後方光コンバイナ４１の内側クラッド４１２に導入された励起光は低反射部２２を通って増幅用光ファイバ２０の内側クラッド２０２に導入される。

【0026】

図２に示すように、前方励起光源３０及び後方励起光源４０から増幅用光ファイバ２０に導入された励起光Ｐは、増幅用光ファイバ２０の内側クラッド２０２及びコア２０１の内部を伝搬する。この励起光Ｐがコア２０１を通過する際に希土類元素イオンに吸収され、この希土類元素イオンが励起されて自然放出光が生じる。この自然放出光が高反射部２１と低反射部２２との間で再帰的に反射され、特定の波長（例えば１０６４ｎｍ）の光が増幅されてレーザ発振が生じる。このようにして増幅されたレーザ光（信号光）は、増幅用光ファイバ２０のコア２０１の内部を伝搬し、その一部が低反射部２２を透過する。低反射部２２を透過した信号光は、後方光コンバイナ４１のコア４１１を伝搬し、出力光ファイバ６０のコア６０１を通ってデリバリファイバ７０のコア７０１に導入される。この信号光は、デリバリファイバ７０のコア７０１を伝搬して収容ユニット１１内のクラッドモードストリッパ８０に至り、このクラッドモードストリッパで不要なクラッドモード光が除去された後、信号光がビーム出力端５０から例えば加工対象物に向けて出射される。

【0027】

ここで、信号光の損失を低減するために、デリバリファイバ７０のコア７０１の外径（例えば４０μｍ）は、出力光ファイバ６０のコア６０１の外径（例えば４０μｍ）に等しいことが好ましい。一方、デリバリファイバ７０のクラッド７０２の外径（例えば４００μｍ）は、出力光ファイバ６０のクラッド６０２の外径（例えば１２５μｍ）よりも大きくなっている。デリバリファイバ７０のコア７０１の外径に対してクラッド７０２の外径は４倍以上２５倍以下であることが好ましく、５倍以上１４倍以下であることがより好ましく、約１０倍であることがさらに好ましい。また、デリバリファイバ７０の取り回しを考慮すると、デリバリファイバ７０のクラッド７０２の外径は１ｍｍ以下であることが好ましい。

【0028】

一般に、光ファイバのクラッドの外径が大きくなるほど、光ファイバの曲げに対するビーム品質の悪化の度合いが小さくなる。本実施形態では、デリバリファイバ７０のクラッド７０２の外径が出力光ファイバ６０のクラッド６０２の外径よりも大きくなっているため、デリバリファイバ７０が収容ユニット１２の外部で曲げられた状態で配置されても、デリバリファイバ７０のコア７０１を伝搬するレーザ光のビーム品質の悪化が抑えられ、ビーム品質が安定する。

【0029】

特に、本実施形態におけるファイバレーザ装置１は後方光コンバイナ４１を有しているが、この後方光コンバイナ４１には出力光ファイバ６０に加えて複数の後方励起光ファイバ４３も接続されている。このため、出力光ファイバ６０のクラッド６０２の外径は後方光コンバイナ４１の内側クラッド４１２に比べて小さくなる。したがって、上述のように、出力光ファイバ６０を外径の大きなクラッド７０２を有するデリバリファイバ７０に接続することで、デリバリファイバ７０のコア７０１を伝搬するレーザ光のビーム品質の悪化を効果的に抑えることができる。

【0030】

また、本実施形態では、デリバリファイバ７０が収容ユニット１２から収容ユニット１１に向かって延びているため、収容ユニット１２と収容ユニット１１との間でデリバリファイバ７０が曲げられることが多くなる。特に本実施形態のように、収容ユニット１１と収容ユニット１２とを上下方向に積層した場合はデリバリファイバ７０を曲げて取り回す必要が生じる。このように、デリバリファイバ７０を収容ユニット１２と収容ユニット１１との間で曲げた状態で配置しても、上述したようにデリバリファイバ７０のクラッド７０２の外径が出力光ファイバ６０のクラッド６０２の外径よりも大きくなっているため、デリバリファイバ７０のコア７０１を伝搬するレーザ光のビーム品質の悪化が抑えられる。また、メンテナンスや装置の移動に伴って振動等の外乱が生じた場合であっても、デリバリファイバ７０のクラッド７０２の外径が出力光ファイバ６０のクラッド６０２の外径よりも大きくなっているため、ビーム品質が変動しづらく、外乱に強い構造となっている。

【0031】

また、本実施形態のように、収容ユニット１１～１４を上下方向に隣接して配置することで、収容ユニット１１～１４のフットプリントを低減することができる。さらに、収容ユニット１１～１４を上下方向に隣接して配置しているため、例えばこれらの収容ユニット１１～１４を筐体内に引出可能に配置することなどにより、これらの収容ユニット１１～１４のメンテナンスを行いやすくすることができる。さらに、光ファイバの長さを短くすることで誘導ラマン散乱を低減できることが知られているが、本実施形態のように収容ユニット１１と収容ユニット１２とを隣接して配置することで、出力光ファイバ６０からクラッドモードストリッパ８０までの光ファイバの長さを短くすることができるため、誘導ラマン散乱を低減することができる。

【0032】

上述した収容ユニット１１～１４を別個の冷却系統により冷却してもよい。このようにすることで、それぞれの収容ユニット１１～１４に収容されている構成要素を互いに独立して冷却することができる。したがって、これらの構成要素の温度変化による光学特性の変化を効果的に低減することが可能となり、ファイバレーザ装置の効率も向上する。

【0033】

また、本実施形態のファイバレーザ装置１は複数の後方励起光源４０と後方光コンバイナ４１とを有しているが、後方励起光源４０と後方光コンバイナ４１とを省略することも可能である。この場合には、低反射部２２と出力光ファイバ６０とが互いに接続される。

【0034】

また、図示した例では、収容ユニット１１～１４が上下方向に積層されているが、収容ユニット１１～１４を水平方向に積層してもよいことは言うまでもない。

【0035】

ファイバレーザ装置としては、シード光源からのシード光を励起光源からの励起光を用いて増幅するＭＯＰＡファイバレーザ装置も知られているが、本発明はこのようなＭＯＰＡファイバレーザ装置にも適用することができる。

【0036】

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

【0037】

以上述べたように、本発明の一態様によれば、出力されるレーザ光のビーム品質の悪化を抑制し、安定したビーム品質を得ることができるファイバレーザ装置が提供される。このファイバレーザ装置は、レーザ光を増幅可能な増幅用光ファイバと、上記増幅用光ファイバに供給する励起光を生成可能な少なくとも１つの励起光源と、上記増幅用光ファイバにより増幅されたレーザ光を伝搬する第１のコアと、上記第１のコアよりも低い屈折率を有し、上記第１のコアの周囲を覆う第１のクラッドとを含む出力光ファイバと、上記出力光ファイバの上記第１のコアと光学的に結合される第２のコアと、上記第２のコアよりも低い屈折率を有し、上記第２のコアの周囲を覆う第２のクラッドとを含むデリバリファイバと、上記増幅用光ファイバ及び上記出力光ファイバを内部に収容する第１の収容ユニットとを備える。上記デリバリファイバの上記第２のクラッドの外径は、上記出力光ファイバの上記第１のクラッドの外径よりも大きい。上記デリバリファイバは、上記第１の収容ユニットの内部から上記第１の収容ユニットの外部に延びる。

【0038】

本発明の一態様によれば、デリバリファイバの第２のクラッドの外径が出力光ファイバの第１のクラッドの外径よりも大きくなっているため、デリバリファイバが第１の収容ユニットの外部で曲げられた状態で配置されても、デリバリファイバの第２のコアを伝搬するレーザ光のビーム品質の悪化が抑えられ、ビーム品質が安定する。

【0039】

上記ファイバレーザ装置は、クラッドモード光を除去するクラッドモード除去部を内部に収容する第２の収容ユニットをさらに備えていてもよい。この第２の収容ユニットは、上記第１の収容ユニットとは別体である。上記デリバリファイバは、上記第１の収容ユニットの内部から上記第１の収容ユニットの外部に延び、上記第２の収容ユニットの上記クラッドモード除去部に接続されていてもよい。このような構成では、第１の収容ユニットと第２の収容ユニットとの間でデリバリファイバが曲げられることが多くなるが、上述したように、デリバリファイバが第１の収容ユニットと第２の収容ユニットとの間で曲げられた状態で配置されても、デリバリファイバの第２のコアを伝搬するレーザ光のビーム品質の悪化が抑えられ、ビーム品質が安定する。

【0040】

この場合において、上記第１の収容ユニットと上記第２の収容ユニットとを隣接して配置してもよい。光ファイバの長さを短くすることで誘導ラマン散乱を低減できることが知られているが、このように第１の収容ユニットと第２の収容ユニットとを隣接して配置することで、出力光ファイバからクラッドモード除去部までの光ファイバの長さを短くすることができるため、誘導ラマン散乱を低減することができる。

【0041】

また、上記第２の収容ユニットは、上記第１の収容ユニットの上方又は下方に隣接して配置されていてもよい。このように第１の収容ユニットと第２の収容ユニットとを上下方向に隣接して配置すれば、例えばこれらの収容ユニットを筐体内に引出可能に配置することなどにより、これらの収容ユニットのメンテナンスを行いやすくすることができる。

【0042】

上記少なくとも１つの励起光源は、上記増幅用光ファイバの下流側に設けられる複数の後方励起光源を含んでいてもよい。上記ファイバレーザ装置は、上記複数の後方励起光源で生成される上記励起光を伝搬する複数の後方励起光ファイバと、上記複数の後方励起光源により生成された上記励起光を結合して上記増幅用光ファイバに導入する後方光コンバイナとをさらに備えていてもよい。上記後方光コンバイナは、上記複数の後方励起光ファイバと上記出力光ファイバとが光学的に結合される端面を有する。このような構成によれば、後方光コンバイナには出力光ファイバに加えて複数の後方励起光ファイバも接続されるため、出力光ファイバの第１のクラッドの外径は後方光コンバイナの上流側の光ファイバに比べて小さくなる。したがって、上述のように、出力光ファイバを外径の大きな第２のクラッドを有するデリバリファイバに接続することで、デリバリファイバの第２のコアを伝搬するレーザ光のビーム品質の悪化を効果的に抑えることができる。

【0043】

上記ファイバレーザ装置は、上記少なくとも１つの励起光源を内部に収容する第３の収容ユニットをさらに備えていてもよい。この第３の収容ユニットは、上記第１の収容ユニットとは別体である。第１の収容ユニットと上記第３の収容ユニットとを隣接して配置してもよい。また、第３の収容ユニットは上記第２の収容ユニットと別体であってもよい。このような構成によれば、第１の収容ユニットと第３の収容ユニットの冷却系統を別個にすることができるので、第１の収容ユニットに収容される増幅用光ファイバ及び出力光ファイバと、第３の収容ユニットに収容される励起光源とを互いに独立して冷却することができる。したがって、これらの構成要素の温度変化による光学特性の変化を低減することができ、ファイバレーザ装置の効率も向上する。

【0044】

本発明の一態様によれば、デリバリファイバの第２のクラッドの外径が出力光ファイバの第１のクラッドの外径よりも大きくなっているため、デリバリファイバが第１の収容ユニットの外部で曲げられた状態で配置されても、デリバリファイバの第２のコアを伝搬するレーザ光のビーム品質の悪化が抑えられる。

【0045】

本出願は、２０２０年３月１０日に提出された日本国特許出願特願２０２０－０４１３０３号に基づくものであり、当該出願の優先権を主張するものである。当該出願の開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明は、励起光を用いて高出力のレーザ光を生成するファイバレーザ装置に好適に用いられる。

【符号の説明】

【0047】

１ ファイバレーザ装置
１１ （第２の）収容ユニット
１２ （第１の）収容ユニット
１３ （第３の）収容ユニット
１４ （第３の）収容ユニット
２０ 増幅用光ファイバ
２１ 高反射部
２２ 低反射部
３０ 前方励起光源
３１ 前方光コンバイナ
３３ 前方励起光ファイバ
４０ 後方励起光源
４１ 後方光コンバイナ
４３ 後方励起光ファイバ
５０ ビーム出力端
６０ 出力光ファイバ
７０ デリバリファイバ
８０ クラッドモードストリッパ（クラッドモード除去部）
２０１，３１１，３３１，４１１，４３１ コア
２０２，４１２ 内側クラッド
２０３，４１３ 外側クラッド
３１２，３３２，４３２ クラッド
６０１ （第１の）コア
６０２ （第１の）クラッド
７０１ （第２の）コア
７０２ （第２の）クラッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】