特許 7414744 増幅ファイバ及びレーザ光出射装置

(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】2024-01-05

(45)【発行日】2024-01-16

(54)【発明の名称】増幅ファイバ及びレーザ光出射装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/067 20060101AFI20240109BHJP

   H01S 3/0941 20060101ALI20240109BHJP

   H01S 3/16 20060101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

H01S3/067

H01S3/0941

H01S3/16

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021002824

(22)【出願日】2021-01-12

(65)【公開番号】P2021136439

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-10-05

(31)【優先権主張番号】P 2020028687

(32)【優先日】2020-02-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】592032636

【氏名又は名称】学校法人トヨタ学園

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 朋也

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 和也

(72)【発明者】

【氏名】関谷 エジソン 晴彦

【審査官】村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００５／１１７２１６（ＷＯ，Ａ２）

【文献】特表２００９－５３５６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５３６７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０４９７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００１－５１４４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１３２９０８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ３／００－３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可視領域の励起光からレーザ光を発生させるコアと、前記コアを包囲するクラッドと、を有する増幅ファイバであって、
前記コアは、
Ｄｙと、
Ａｌ、及びＰより選択される１種のみと、
シリカガラスと、
を含有するコア材からなる、増幅ファイバ。

【請求項2】

前記コア材は、前記選択される１種のみがＡｌである場合、Ｇｅを含有する、請求項１に記載の増幅ファイバ。

【請求項3】

前記コア材において、原子数比が、Ａｌ／Ｄｙ:０～１３５．１、Ｇｅ／Ｄｙ:０～３０９．５、Ｐ／Ｄｙ:０～４０８．５である、請求項１又は２に記載の増幅ファイバ。

【請求項4】

前記コア材において、原子数比が、Ａｌ／Ｄｙ:５．４～１２．６、Ｇｅ／Ｄｙ:６．２～５８．６である、請求項２又は３に記載の増幅ファイバ。

【請求項5】

前記コア材は、更に、Ｃｅ、Ｆ及びＯＨより選択される１種以上を含有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の増幅ファイバ。

【請求項6】

４８０～６００ｎｍの波長帯を有するレーザ光を発生する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の増幅ファイバ。

【請求項7】

前記励起光は、４００～４６０ｎｍの励起光である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の増幅ファイバ。

【請求項8】

可視領域の励起光を出射する光源と、
前記励起光が通過してレーザ光を発生させる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の増幅ファイバと、
を備える、レーザ光出射装置。

【請求項9】

前記増幅ファイバの一方の端部に配置される第１の反射ミラーと、
前記増幅ファイバの他方の端部で、前記第１の反射ミラーと向かい合うように配置される第２の反射ミラーと、
を備え、
前記励起光が前記増幅ファイバを通過することで前記レーザ光を発生させ、
前記レーザ光は、前記第１の反射ミラーと前記第２の反射ミラーとの間で反射を繰り返して発振する、請求項８に記載のレーザ光出射装置。

【請求項10】

前記光源は、４００～４６０ｎｍの励起光を出射する青色レーザダイオードである、請求項８又は９に記載のレーザ光出射装置。

【請求項11】

前記レーザ光は、４８０～６００ｎｍの波長帯を有する、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のレーザ光出射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、増幅ファイバ及びレーザ光出射装置に関し、例えば、可視領域の励起光からレーザ光を発生させるコアと、当該コアを包囲するクラッドと、を有する増幅ファイバ、及び当該増幅ファイバを用いたレーザ光出射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、レーザ光を用いた加工装置が用いられているが、当該レーザ光は増幅されて出射される。例えば、特許文献１のレーザ装置は、３４０～５００ｎｍの波長の励起光を出射する励起光源、励起光を通過させてレーザ光を発生させる発振ファイバ、発振ファイバの一方の端部に配置される第１の反射ミラー、及び発振ファイバの他方の端部に配置される第２の反射ミラーを備えている。

【0003】

そして、特許文献１のレーザ装置における発振ファイバは、励起光からレーザ光を発生させるコアを備えている。このような発振ファイバのコアは、フッ化物ガラス又はフッ化物結晶を母材としており、当該母材にＥｒ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｓｍ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｄｙ^３＋、Ｅｕ^３＋、Ｔｂ^３、又はＮｄ^３＋のいずれか１種類が添加されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－８０９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本出願人は、以下の課題を見出した。特許文献１のレーザ装置は、理論上、可視領域のレーザ光を発振させることができるが、発振ファイバにおけるコアの母材として用いられるフッ化物ガラス又はフッ化物結晶は、可視光の高出力化に対する耐性が不十分であった。

【0006】

本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、増幅ファイバのコアの母材としてシリカガラスを用いても可視領域のレーザ光を発生させることが可能な増幅ファイバ及びレーザ光出射装置を実現する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る増幅ファイバは、可視領域の励起光からレーザ光を発生させるコアと、前記コアを包囲するクラッドと、を有する増幅ファイバであって、
前記コアは、
Ｄｙと、
Ａｌ、Ｇｅ及びＰより選択される１種以上と、
シリカガラスと、
を含有するコア材からなる。
これにより、増幅ファイバのコアの母材としてシリカガラスを用いつつ、可視領域のレーザ光を発生させることができる。

【0008】

上述の増幅ファイバにおいて、
前記コア材において、原子数比が、Ａｌ／Ｄｙ:０～１３５．１、Ｇｅ／Ｄｙ:０～３０９．５、Ｐ／Ｄｙ:０～４０８．５であることが好ましい。

【0009】

上述の増幅ファイバにおいて、
前記コア材において、原子数比が、Ａｌ／Ｄｙ:５．４～１２．６、Ｇｅ／Ｄｙ:６．２～５８．６であることが好ましい。

【0010】

上述の増幅ファイバにおいて、前記コア材は、更に、Ｃｅ、Ｆ及びＯＨより選択される１種以上を含有することが好ましい。

【0011】

上述の増幅ファイバは、４８０～６００ｎｍの波長帯を有するレーザ光を発生することが好ましい。

【0012】

上述の増幅ファイバにおいて、前記励起光は、４００～４６０ｎｍの励起光であることが好ましい。

【0013】

本開示の一態様に係るレーザ光出射装置は、
可視領域の励起光を出射する光源と、
前記励起光が通過してレーザ光を発生させる、上述の増幅ファイバと、
を備える。
これにより、増幅ファイバのコアの母材としてシリカガラスを用いつつ、可視領域のレーザ光を発生させることができる。

【0014】

上述のレーザ光出射装置において、
前記増幅ファイバの一方の端部に配置される第１の反射ミラーと、
前記増幅ファイバの他方の端部で、前記第１の反射ミラーと向かい合うように配置される第２の反射ミラーと、
を備え、
前記励起光が前記増幅ファイバを通過することで前記レーザ光を発生させ、
前記レーザ光は、前記第１の反射ミラーと前記第２の反射ミラーとの間で反射を繰り返して発振することが好ましい。

【0015】

上述のレーザ光出射装置において、前記光源は、４００～４６０ｎｍの励起光を出射する青色レーザダイオードであることが好ましい。

【0016】

上述のレーザ光出射装置において、前記レーザ光は、４８０～６００ｎｍの波長帯を有することが好ましい。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、増幅ファイバのコアの母材としてシリカガラスを用いても可視領域のレーザ光を発生させることが可能な増幅ファイバ及びレーザ光出射装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施の形態１のレーザ光出射装置を模式的に示す図である。

【図2】実施の形態１の増幅ファイバの構成を示す図である。

【図3】実施の形態２のレーザ光出射装置を模式的に示す図である。

【図4】実施例１の励起光の入力とレーザ光の発振出力との関係を示すグラフである。

【図5】実施例１のレーザ光の発振前後の波長と出力との関係を示すグラフである。

【図6】実施例２の励起光の入力とレーザ光の発振出力との関係を示すグラフである。

【図7】実施例２のレーザ光の発振前後の波長と出力との関係を示すグラフである。

【図8】異なる増幅ファイバの構成を示す図である。

【図9】原子数比Ａｌ／Ｄｙと発振効率との関係を示すグラフである。

【図10】原子数比Ｇｅ／Ｄｙと発振効率との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

【0020】

＜実施の形態１＞
先ず、本実施の形態の増幅ファイバを用いたレーザ光出射装置の基本構成を説明する。図１は、本実施の形態のレーザ光出射装置を模式的に示す図である。本実施の形態のレーザ光出射装置１は、光源ユニット２、励起光コンバイナ３、増幅ファイバ４、第１の反射ミラー５及び第２の反射ミラー６を備えている。

【0021】

光源ユニット２は、１組又は複数組（例えば、３組）の光源２ａ、レンズ２ｂ及びミラー２ｃを備えている。光源２ａは、可視領域の励起光を出射する。光源２ａは、例えば、青色レーザダイオードであり、４００～４６０ｎｍの励起光を出射する。光源２ａから出射された励起光は、レンズ２ｂ及びミラー２ｃを介して励起光コンバイナ３に出射される。本実施の形態のレーザ光出射装置１は、このような光源ユニット２を少なくとも１個備えていればよい。

【0022】

励起光コンバイナ３には、複数の光源２ａから出射された励起光が入射する。そして、励起光コンバイナ３は、当該励起光を増幅ファイバ４に出射するために、複数の励起光を集光する。但し、光源２ａが１つの場合は、励起光コンバイナ３を省略してもよい。

【0023】

増幅ファイバ４は、詳細は後述するが、励起光コンバイナ３から入射された励起光からレーザ光を発生させる。ここで、図２は、本実施の形態の増幅ファイバの構成を示す図である。増幅ファイバ４は、図２に示すように、コア４ａ、第１のクラッド４ｂ及び第２のクラッド４ｃを備えている。

【0024】

コア４ａは、詳細な組成は後述するが、母材であるシリカガラス（ＳｉＯ_２）、蛍光剤であるＤｙ、及び分散剤である、Ａｌ、Ｇｅ又はＰの少なくとも１つを含有するコア材からなる。第１のクラッド４ｂは、コア４ａの周面を包囲しており、シリカガラスからなる。第２のクラッド４ｃは、第１のクラッド４ｂの周面を包囲しており、シリカガラスからなる。第２のクラッド４ｃの周面は、樹脂層によって包囲されており、これにより、増幅ファイバ４の機械的強度が担保されている。

【0025】

第１の反射ミラー５は、増幅ファイバ４における励起光コンバイナ３の側である一方の端部に配置されている。第１の反射ミラー５は、励起光を透過し、且つレーザ光を全反射するＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）である。第２の反射ミラー６は、増幅ファイバ４の他方の端部に配置されている。第２の反射ミラー６は、レーザ光の一部を反射し、レーザ光の残りの一部を透過するＦＢＧである。

【0026】

このようなレーザ光出射装置１において、光源ユニット２の各々の光源２ａから励起光が出射されると、複数の励起光が励起光コンバイナ３に入射する。そして、励起光コンバイナ３は、複数の励起光を集光して、第１の反射ミラー５を介して増幅ファイバ４に出射する。

【0027】

増幅ファイバ４に入射した励起光は、第１のクラッド４ｂと第２のクラッド４ｃとの界面で反射して増幅ファイバ４の他方の端部の側に伝搬しつつ、コア４ａのＤｙに吸収される。これにより、増幅ファイバ４のコア４ａは、レーザ光を発生させる。そして、発生したレーザ光は、第１の反射ミラー５と第２の反射ミラー６との間で反射を繰り返して発振し、高出力化されて出射される。

【0028】

次に、本実施の形態の増幅ファイバ４の詳細を説明する。本実施の形態の増幅ファイバ４は、励起光からレーザ光を発生させるコアと、当該コアを包囲するクラッドと、を有し、コアは、Ｄｙと、Ａｌ、Ｇｅ及びＰより選択される１種以上と、シリカガラスと、を含有するコア材からなることを特徴とする。

【0029】

近年、電動化が急速に進み、銅材料が電池やモータなどの電動部品の主役材料になっている。電動部品は、加工点数や部品数の多さからレーザ加工が最適加工法となる一方、銅材料は従来の加工用レーザの波長では光吸収率が数％程度のため、効率的、安定的なレーザ加工ができない。

【0030】

本発明者らは、増幅ファイバを用いたレーザ光出射装置を加工用レーザに適用するために、高出力化の検討を行った。しかしながら、フッ化物ガラスやフッ化物結晶を母材とするファイバは光強度に対して十分な耐性が得られない場合があった。本発明者らは、耐光強度の観点から、シリカガラスを用いて可視領域の光の増幅が可能な増幅ファイバの検討を行った。

【0031】

しかし、シリカガラスを用いた場合、フッ化物ガラス等と比較して、希土類元素の非輻射緩和速度が増大しやすく、希土類元素の励起状態が十分に維持されず高出力のレーザ光が得られない場合があった。このような問題は赤外線レーザではあまり問題とならなかったが、短波長（可視～紫外領域）を扱うになるにつれて大きな問題となってきた。

【0032】

本発明者らは鋭意検討した結果、コアのシリカガラスにドープする希土類元素としてＤｙを選択し、更にＡｌ、Ｇｅ及びＰより選択される１種以上とを組み合わせることにより、母材がシリカガラスの場合であっても非輻射緩和速度の増大が抑制され、可視領域のレーザ光が出力されることを見出した。

【0033】

このように本実施の形態によれば、一般的にコアの母材として用いられているシリカガラスをコア４ａの母材として用いつつ、光吸収率の向上が見込まれる可視領域のレーザ光を出射可能な増幅ファイバ４を実現する。

【0034】

本実施の形態の増幅ファイバ４のコア４ａは、母材であるシリカガラス、蛍光剤であるＤｙ、及び分散剤である、Ａｌ、Ｇｅ又はＰの少なくとも一つを含み、更に、Ｃｅ、Ｆ、ＯＨを含んでいてもよく、上記効果を損なわない範囲で更に他の元素を含んでいてもよいものである。以下、上記シリカガラスにドープする各成分について順に説明する。

【0035】

Ｄｙは、励起光を吸収し、誘導放出によりレーザ光を出力する成分である。Ｄｙを用いることで可視領域、中でも４００～４６０ｎｍの励起光を吸収し、可視領域のレーザ光、中でも４８０～６００ｎｍの波長帯を有するレーザ光を高出力で出力することが可能となる。

【0036】

Ｄｙの含有量は、上記効果を奏する範囲で適宜調整すればよい。中でも添加成分を含むコア材１００ｗｔ％に対して、Ｄｙの含有量は、０．０１～２ｗｔ％が好ましく、０．０７～０．９３％がより好ましく、さらに好ましくは０．４６～０．９３ｗｔ％である。Ｄｙの含有量を０．０１ｗｔ％以上とすることで、良好にレーザ光を発生させることができる。一方、Ｄｙの含有量が２ｗｔ％以下とすることで、濃度消光が抑制される。

【0037】

Ａｌは、Ｄｙの凝集を抑制し、Ｄｙを良好に分散させる成分である。Ａｌの含有量は、この効果を奏する範囲で適宜調整すればよい。中でも添加成分を含むコア材１００ｗｔ％に対して、Ａｌの含有量は、０．１～２ｗｔ％が好ましく、０．１５～１．５７ｗｔ％がより好ましく、さらに好ましくは０．４～０．５４ｗｔ％である。Ａｌの含有量を０．１ｗｔ％以上とすることで、Ｄｙをシリカガラス内に良好に分散することができる。一方、Ａｌの含有量が２ｗｔ％以下とすることで、Ａｌに起因するフォトダークニングが抑制され、後述するＧｅの含有量を抑え、増幅ファイバ４のＮＡ（開口数）が抑制できる。

【0038】

Ｇｅは、フォトダークニングを抑制する成分である。Ｇｅの含有量は、この効果を奏する範囲で適宜調整すればよい。中でも添加成分を含むコア材１００ｗｔ％に対して、Ｇｅの含有量は、０．８８～１０ｗｔ％が好ましく、１～１０ｗｔ％、又は、０．８８～９．６８ｗｔ％がより好ましい。当該Ｇｅの含有量は、１．８～２．１８ｗｔ％がより好ましい。Ｇｅの含有量を１ｗｔ％以上とすることで、フォトダークニングを効果的に抑制することができる。一方、Ｇｅの含有量を１０ｗｔ％以下とすることでＧｅに起因するシリカガラス内の構造欠陥の発生が抑制され、レーザ光の出力が安定する。また、ＧｅはＡｌと組み合わせて用いることにより、Ａｌに起因するフォトダークニングをも抑制する。

【0039】

Ｐは、Ａｌと同様にＤｙの凝集を抑制し得る成分である。シリカガラス中の酸素正孔センター（ＯＨＣ：ｏｘｙｇｅｎ ｈｏｌｅ ｃｅｎｔｅｒ）との結合がＡｌよりも生じにくいため、Ｐを組み合わせて用いることによりＡｌ－ＯＨＣに起因するフォトダークニングが抑制される。一方、Ｄｙの凝集を抑制する効果はＡｌの方が優れているため、Ａｌの含有量が上記範囲内であれば、Ｐは０ｗｔ％であってもよい。以上の観点から、コア材１００ｗｔ％に対して、Ｐの含有量は、０～６ｗｔ％が好ましく、０～２ｗｔ％がより好ましい。

【0040】

本実施の形態の増幅ファイバ４においてコア４ａは、更に、Ｃｅ、Ｆ、ＯＨを含んでいてもよい。Ｃｅは、励起光でＣｅの価数が変化することにより、フォトダークニングを抑制する効果があり、例えば、０～１ｗｔ％の含有量が好ましい。また、Ｆは、シリカネットワークを切断し、フォトダークニングを抑制する効果があり、例えば、０～３ｗｔ％の含有量が好ましい。ＯＨは、シリカネットワークを切断し、フォトダークニングを抑制する効果があり、例えば、０～１ｗｔ％の含有量が好ましい。ここで、ＯＨとは、シリカガラスの末端に配置されるＳｉ－ＯＨのＯＨ基を表す。
なお、コア４ａは、Ｔｂを含まないと、レーザ光出射装置１によるレーザ発振が安定化してよい。具体的には、コア材１００ｗｔ％に対して、Ｔｂの含有量は、０～０．２０ｗｔ％に制限されると好ましく、０～０．１０ｗｔ％に制限されるとより好ましい。
また、コア４ａは、Ｄｙ、Ｇｅ、及びＡｌを共に含有すると、レーザ光出射装置１によるレーザ発振が安定化してよい。

【0041】

このように本実施の形態の増幅ファイバ４及びレーザ光出射装置１は、増幅ファイバ４のコア４ａが母材であるシリカガラス、蛍光剤であるＤｙ、及び分散剤である、Ａｌ、Ｇｅ又はＰの少なくとも一つを含んでいる。そのため、増幅ファイバ４のコア４ａの母材としてシリカガラスを用いつつ、励起光から可視領域（例えば、４８０～６００ｎｍ）のレーザ光を発生させることができる。

【0042】

しかも、本実施の形態の増幅ファイバ４は、一般的な共振ファイバのコアの母材として用いられているシリカガラスをコア４ａの母材として用いるので、安価に高出力なレーザ光出射装置１を実現することができる。

【0043】

また、本実施の形態の光源２ａとしては、高出力であって、且つ価格が現実的であることが求められるが、青色レーザダイオードを用いることで、安価に高出力なレーザ光出射装置１を実現することができる。

【0044】

＜実施の形態２＞
図３は、本実施の形態のレーザ光出射装置を模式的に示す図である。本実施の形態のレーザ光出射装置２１は、図３に示すように、レーザ光を共振させることなく出射する構成とされている。詳細には、レーザ光出射装置２１は、光源ユニット２２、種光源２３及び増幅ファイバ２４を備えている。

【0045】

光源ユニット２２は、実施の形態１の光源ユニット２と等しい構成とされており、可視領域の励起光を出射する。種光源２３からは種光が出射される。増幅ファイバ２４は、実施の形態１の増幅ファイバ４と等しい構成とされており、増幅ファイバ２４は一方の端部から入射される光源ユニット２２の励起光を吸収し、同じく一方の端部から入射された種光源２３からの光を増幅して他方の端部から出射する。

【0046】

このようなレーザ光出射装置２１も、増幅ファイバ２４のコアが母材であるシリカガラス、蛍光剤であるＤｙ、及び分散剤である、Ａｌ、Ｇｅ又はＰの少なくとも一つを含んでいる。そのため、増幅ファイバ２４のコアの母材としてシリカガラスを用いつつ、励起光から可視領域のレーザ光を発生させることができる。

【0047】

＜実施例１＞
実施例１では、増幅ファイバのコアの組成を、Ｄｙの含有量：０．４６ｗｔ％、Ａｌの含有量：０．５４ｗｔ％、Ｇｅの含有量：１．８０ｗｔ％とし、当該増幅ファイバを実施の形態１のレーザ光出射装置１に用いて光源２ａから可視領域の励起光を出射した。

【0048】

その結果、図４及び図５に示すように、励起光の入力が４０ｎｗ以上の場合、可視領域である５８３ｎｍ帯で良好なレーザ発振を確認できた。このとき、発振効率は２０．３％であった。ここで、図４は、励起光の入力とレーザ光の発振出力との関係を示すグラフであり、図５は、レーザ光の発振前後の波長と出力との関係を示すグラフである。なお、図５の縦軸はピークを１とした相対的な出力値である。

【0049】

＜実施例２＞
実施例２では、増幅ファイバのコアの組成を、Ｄｙの含有量：０．９３ｗｔ％、Ａｌの含有量：０．４０ｗｔ％、Ｇｅの含有量：２．１８ｗｔ％とし、当該増幅ファイバを実施の形態１のレーザ光出射装置１に用いて光源２ａから可視領域の励起光を出射した。

【0050】

その結果、図６及び図７に示すように、励起光の入力が９０ｎｗ以上の場合、可視領域である５８３ｎｍ帯で良好なレーザ発振を確認できた。このとき、発振効率は９．８％であった。ここで、図６は、励起光の入力とレーザ光の発振出力との関係を示すグラフであり、図７は、レーザ光の発振前後の波長と出力との関係を示すグラフである。なお、図７の縦軸はピークを１とした相対的な出力値である。

【0051】

＜実施例１～１４＞
次に、実施例３～１４と、上記した実施例１、２とについて併せて説明する。

【0052】

実施例１～１４では、増幅ファイバのコアの組成を、Ｄｙの含有量：０．０７～０．９３ｗｔ％とした。これに加えて、Ａｌ、Ｇｅ、又はＰを当該コアに含有させた場合、当該増幅ファイバのコアの組成を、Ａｌの含有量：０．１５～１．５７ｗｔ％、Ｇｅの含有量：０．８８～９．６８ｗｔ％、Ｐの含有量：５．４５ｗｔ％とした。実施例１～１４では、当該増幅ファイバのコアは、Ｔｂが添加されなかった。当該増幅ファイバを実施の形態１のレーザ光出射装置１に用いて光源２ａから可視領域の励起光を出射した。

【0053】

その結果、実施例１～１４のそれぞれにおいて、励起光の入力が所定の値である場合、可視領域である所定の波長帯域で良好なレーザ発振を確認できた。表１に、各実施例の増幅ファイバのコアの組成と発振効率とを示す。

【表1】

【0054】

表１に示すように、増幅ファイバのコアは、Ｄｙに加え、Ａｌ及びＧｅを含有する場合、発振効率が１０％であり、良好な値であった。すなわち、増幅ファイバのコアは、Ａｌ及びＧｅをともに含有すると、良好な発振効率を得ることができてよい。

【0055】

続いて、実施例１～１４の原子数比Ａｌ／Ｄｙ、Ｇｅ／Ｄｙ、Ｐ／Ｄｙを算出し、この算出した結果を表２に示す。原子数比Ａｌ／Ｄｙ、Ｇｅ／Ｄｙ、Ｐ／ＤｙのＭａｘ（組み合わせ）は、実施例１～１４のＡｌ、Ｇｅ、Ｐの含有量の最大値と、実施例１～１４のＤｙの含有量の最小値との商と、ＤｙとＡｌ、Ｇｅ、又はＰとの原子量の比との積である。具体的には、原子数比Ａｌ／ＤｙのＭａｘ135.1は、実施例７のＡｌの含有量1.57[wt%]と、実施例１４のＤｙの含有量0.07[wt%]との商と、Ｄｙ原子量162.5とＡｌ原子量26.98との比との積である。原子数比Ｇｅ／ＤｙのＭａｘ309.5は、実施例８のＧｅの含有量9.68[wt%]と、実施例１４のＤｙの含有量0.07[wt%]との商と、Ｄｙ原子量162.5とＧｅ原子量72.61との比との積である。原子数比Ｐ／ＤｙのＭａｘ408.5は、実施例６のＰの含有量5.45[wt%]と、実施例１４のＤｙの含有量0.07[wt%]との商と、Ｄｙ原子量162.5とＰ原子量30.97との比との積である。

【表2】

【0056】

表１及び表２に示すように、原子数比が、Ａｌ／Ｄｙ:０～１３５．１、Ｇｅ／Ｄｙ:０～３０９．５、Ｐ／Ｄｙ:０～４０８．５であると、励起光の入力が適当な値であれば、可視領域である所定の波長帯域で良好なレーザ発振を確認し得る。原子数比が、Ａｌ／Ｄｙ:０～１３５．１、Ｇｅ／Ｄｙ:０～３０９．５、Ｐ／Ｄｙ:０～４０８．５であると、可視領域での良好なレーザ発振を確認し得てよい。

【0057】

次に、図９を参照して、原子数比Ａｌ／Ｄｙと発振効率との関係について説明する。実施例１～１４の発振効率に対する原子数比Ａｌ／Ｄｙを図９に示す。図９に示すように、原子数比Ａｌ／Ｄｙが所定の範囲内であれば、発振効率が概ね良好である。具体的には、原子数比Ａｌ／Ｄｙが２．６以上２３．６以下であれば、発振効率が１０％以上であるため、安定したレーザ発振を行えてよい。原子数比Ａｌ／Ｄｙが５．４以上１２．６以下であれば、発振効率が１４％以上であっため、より好ましい。原子数比Ａｌ／Ｄｙが６．８以上１０．０以下であれば、発振効率が２０％を超え得るため、さらに好ましい。

【0058】

次に、図１０を参照して、原子数比Ｇｅ／Ｄｙと発振効率との関係について説明する。実施例１～１４の発振効率に対する原子数比Ｇｅ／Ｄｙを図１０に示す。図１０に示すように、原子数比Ｇｅ／Ｄｙが所定の範囲内であれば、発振効率が概ね良好である。具体的には、原子数比Ｇｅ／Ｄｙが５．２以上５８．６以下であれば、発振効率が１０％以上であるため、安定したレーザ発振を行えてよい。原子数比Ｇｅ／Ｄｙが６．２以上５８．６以下であれば、発振効率が１４％以上であっため、好ましい。原子数比Ｇｅ／Ｄｙが８．８以上２０．９以下であれば、発振効率が２０％を超え得るため、好ましい。

【0059】

＜原子数比Ａｌ／Ｄｙと発振効率との関係＞
次に、原子数比Ａｌ／Ｄｙを所定の範囲内に制限すると、発振効率が良好であることについて想起される理由について述べる。

【0060】

上記した通り、Ｄｙは、励起光を吸収し、誘導放出によりレーザ光を出力する成分である。Ｄｙ原子のレーザ光を出力する度合い、すなわち、蛍光断面積は、Ｄｙ原子の周囲がどのような環境にあるかによって変化する。また、Ａｌは、Ｄｙ原子の凝集を抑制し、Ｄｙ原子を良好に分散させる成分である。

【0061】

そのため、原子数比Ａｌ／Ｄｙが所定の範囲の下限値以上である場合、Ｄｙ原子の周囲に位置するＡｌが増加し得る。Ｄｙ原子の周囲に位置するＡｌ原子の数が増加すると、Ｄｙ原子の凝集を抑制し、Ｄｙ原子を、コアの母材であるシリカガラス内に良好に分散させる。そのため、コア全体のＤｙに起因する蛍光断面積が増加し、レーザ光の出力が高まる。以上より、原子数比Ａｌ／Ｄｙが所定の範囲の下限値以上であると、レーザ光の出力が高まって、発振効率が良好な値を取り得る。

【0062】

一方、原子数比Ａｌ／Ｄｙがさらに増加すると、Ａｌがシリカガラス内に欠陥を生成したり、Ａｌに起因するフォトダークニングが発生したりする。これらによって、発振効率が低下し得る。よって、原子数比Ａｌ／Ｄｙが所定の範囲の上限値以下である場合、Ａｌに起因する欠陥やフォトダークニングを抑制し、発振効率の低下を抑制してよい。

【0063】

以上より、原子数比Ａｌ／Ｄｙを所定の範囲内に制限すると、発振効率が良好である。

【0064】

＜原子数比Ｇｅ／Ｄｙと発振効率との関係＞
次に、原子数比Ｇｅ／Ｄｙが所定の範囲内に制限すると、発振効率が良好であることについて想起される理由について述べる。

【0065】

上記した通り、Ｇｅは、フォトダークニングを抑制する成分である。また、Ｇｅは、Ａｌと比較して、シリカガラス内において欠陥を生成し難い。また、Ｇｅに起因するシリカガラス内の欠陥は、Ａｌに起因するシリカガラス内の欠陥と比較して、発振効率に悪影響を与え難い。

【0066】

そのため、原子数比Ｇｅ／Ｄｙが所定の範囲の下限値以上である場合、Ｄｙ原子の周囲に位置するＧｅの数が一定確保されると想起される。Ｄｙ原子の周囲に位置するＧｅ原子が、フォトダークニングを抑制する。また、Ｄｙ原子の周囲に位置するＧｅ原子が、Ａｌと比較して、シリカガラス内において欠陥を生成させない、又は、その欠陥が発生しても発振効率に悪影響をあまり与えない。したがって、原子数比Ｇｅ／Ｄｙが所定の範囲の下限値以上であると、発振効率が良好な値を取り得る。

【0067】

一方、原子数比Ｇｅ／Ｄｙがさらに増加して、所定の範囲の上限値を超えると、Ｇｅに起因するシリカガラス内の構造欠陥が発生する。これによって、レーザ光の出力が不安定になり、発振効率が低下し得る。よって、原子数比Ｇｅ／Ｄｙが所定の範囲の上限値以下である場合、Ｇｅに起因する構造欠陥やフォトダークニングを抑制すると想起されるため、発振効率の低下を抑制してよい。

【0068】

以上より、原子数比Ｇｅ／Ｄｙを所定の範囲内に制限すると、発振効率が良好である。

【0069】

＜Ａｌ、及びＧｅの含有と発振効率との関係＞
次に、表１に示すように、増幅ファイバのコアは、Ａｌ及びＧｅを共に含有すると、発振効率が良好であることについて想起される理由について述べる。

【0070】

増幅ファイバのコアは、Ａｌ及びＧｅを共に含有すると、Ｄｙの周囲に位置するＡｌ原子及びＧｅ原子が増加すると想起される。すると、Ａｌに起因する欠陥とに加えて、Ｇｅに起因する欠陥とがシリカガラス内に生成され得る。このような場合、欠陥の起因がＡｌとＧｅとであるため、欠陥の起因がＡｌのみである場合と比較して、発振効率への悪影響が小さいと想起される。よって、増幅ファイバのコアは、Ａｌ及びＧｅを共に含有すると、発振効率が良好である。

【0071】

本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記実施の形態の増幅ファイバは、第１のクラッド４ｂ及び第２のクラッド４ｃを備える所謂ダブルクラッド構造であるが、図８に示す増幅ファイバ４１のように、第２のクラッド４ｃを備えていない所謂シングルクラッド構造であってもよい。

【符号の説明】

【0072】

１ レーザ光出射装置
２ 光源ユニット、２ａ 光源、２ｂ レンズ、２ｃ ミラー
３ 励起光コンバイナ
４ 増幅ファイバ、４ａ コア、４ｂ 第１のクラッド、４ｃ 第２のクラッド
５ 第１の反射ミラー
６ 第２の反射ミラー
２１ レーザ光出射装置
２２ 光源ユニット
２３ 種光源
２４ 増幅ファイバ
４１ 増幅ファイバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】