JP2018186239A - Optical combiner, and fiber laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、励起光ファイバから増幅用光ファイバに励起光を移行させる場合に好適な光コンバイナ及び当該光コンバイナを備えるファイバレーザ装置に関するものである。 The present invention relates to an optical combiner suitable for transferring pumping light from a pumping optical fiber to an amplification optical fiber, and a fiber laser device including the optical combiner.
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。このようなファイバレーザ装置では、活性元素がコアに添加された増幅用光ファイバが用いられる。また、増幅用光ファイバでは、コアにより多くの励起光を入射させるため、一般的にダブルクラッド構造が適用される。ダブルクラッド構造の増幅用光ファイバは、活性元素が添加されたコアとコアを囲う内側クラッドと内側クラッドを囲う外側クラッドとを有し、外側クラッドは内側クラッドより屈折率が低い。内側クラッドに入射される励起光は、内側クラッドと外側クラッドとの界面においてコア側に反射されてコアに入射し、コアに添加される活性元素を励起する。 The fiber laser device is used in various fields such as a laser processing field and a medical field because it has excellent light condensing performance, has a high power density, and can obtain light as a small beam spot. In such a fiber laser device, an amplification optical fiber in which an active element is added to the core is used. Further, in the amplification optical fiber, a double clad structure is generally applied in order to allow more excitation light to enter the core. An optical fiber for amplification having a double clad structure has a core to which an active element is added, an inner clad surrounding the core, and an outer clad surrounding the inner clad, and the outer clad has a lower refractive index than the inner clad. The excitation light incident on the inner cladding is reflected to the core side at the interface between the inner cladding and the outer cladding and is incident on the core to excite the active element added to the core.
例えば下記特許文献1には、上記のような増幅用光ファイバと増幅用光ファイバに移行される励起光が伝搬する励起光ファイバとが光学的に結合された光コンバイナが開示されている。この光コンバイナでは、増幅用光ファイバと励起光ファイバとが互いに長手方向に沿うように整列され、これらが同一の樹脂からなる共通被膜で覆われている。この光コンバイナでは、増幅用光ファイバのクラッドの外周面と励起光ファイバの外周面とが互いに近接するように整列される。このように増幅用光ファイバのクラッドと励起光ファイバとが近接する部位において、励起光ファイバを伝搬する励起光を増幅用光ファイバのクラッドへと移行させることができる。 For example, Patent Document 1 below discloses an optical combiner in which an amplification optical fiber as described above and a pumping optical fiber through which pumping light transferred to the amplification optical fiber propagates are optically coupled. In this optical combiner, the amplification optical fiber and the excitation optical fiber are aligned along the longitudinal direction, and these are covered with a common coating made of the same resin. In this optical combiner, the outer peripheral surface of the cladding of the amplification optical fiber and the outer peripheral surface of the pumping optical fiber are aligned so as to be close to each other. As described above, the pumping light propagating through the pumping optical fiber can be transferred to the cladding of the amplification optical fiber at a portion where the cladding of the amplification optical fiber and the pumping optical fiber are close to each other.
上記特許文献1に記載されている光コンバイナにおいて、増幅用光ファイバ及び励起光ファイバが互いに直接接する場合、増幅用光ファイバ及び励起光ファイバは、表面に傷が付いて機械的強度が低下するという懸念がある。しかし、増幅用光ファイバと励起光ファイバとが離れた状態でこれらの外周面が共通被膜で被覆されると、増幅用光ファイバと励起光ファイバとの間にも共通被膜を構成する樹脂が充填される。当該共通被膜は、増幅用光ファイバの外周面及び励起光ファイバの外周面を覆うポリマークラッドとして機能するものである。よって、この共通被膜の屈折率は、増幅用光ファイバ及び励起光ファイバを構成するガラスの屈折率よりも十分に低くされる。このため、共通被膜を構成する樹脂が増幅用光ファイバと励起光ファイバとの間に充填されると、励起光ファイバを伝搬する光は励起光ファイバに閉じ込められ易くなる。よって、励起光ファイバから増幅用光ファイバへの光の移行効率が低下するという懸念がある。 In the optical combiner described in Patent Document 1, when the amplification optical fiber and the pumping optical fiber are in direct contact with each other, the amplification optical fiber and the pumping optical fiber are scratched on the surface and the mechanical strength is reduced. There are concerns. However, if the outer peripheral surface of the amplification optical fiber and the pumping optical fiber are separated from each other with a common coating, the resin constituting the common coating is also filled between the amplification optical fiber and the pumping optical fiber. Is done. The common coating functions as a polymer cladding that covers the outer peripheral surface of the amplification optical fiber and the outer peripheral surface of the pumping optical fiber. Therefore, the refractive index of this common film is made sufficiently lower than the refractive index of the glass constituting the amplification optical fiber and the excitation optical fiber. For this reason, when the resin constituting the common coating is filled between the amplification optical fiber and the pumping optical fiber, the light propagating through the pumping optical fiber is easily confined in the pumping optical fiber. Therefore, there is a concern that the light transfer efficiency from the pumping optical fiber to the amplification optical fiber is reduced.
そこで、本発明は、励起光ファイバから増幅用光ファイバへの光の移行効率が向上され得る光コンバイナ及び当該光コンバイナを備えるファイバレーザ装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical combiner capable of improving the light transfer efficiency from the pumping optical fiber to the amplification optical fiber, and a fiber laser device including the optical combiner.
上記課題を解決するため、本発明の光コンバイナは、活性元素が添加されたコアと前記コアを囲うクラッドとを有する増幅用光ファイバと、少なくとも1つの励起光ファイバと、前記増幅用光ファイバと前記励起光ファイバとに接するように前記増幅用光ファイバと前記励起光ファイバとの間に配置される中間樹脂部と、前記増幅用光ファイバ及び前記励起光ファイバの外周面側を囲う共通被膜と、を備え、前記クラッドの屈折率をn1、前記励起光ファイバの屈折率をn2、前記中間樹脂部の屈折率をn3、前記共通被膜の屈折率をn4とするとき、下記式(1)から(4)が成り立つことを特徴とする。
n1≧n2 ・・・ (1)
n1≧n3 ・・・ (2)
n3>n4 ・・・ (3)
n2>n4 ・・・ (4)
In order to solve the above problems, an optical combiner according to the present invention includes an amplification optical fiber having a core to which an active element is added and a clad surrounding the core, at least one excitation optical fiber, and the amplification optical fiber. An intermediate resin portion disposed between the amplifying optical fiber and the pumping optical fiber so as to be in contact with the pumping optical fiber; a common coating surrounding the outer peripheral surface side of the amplifying optical fiber and the pumping optical fiber; The refractive index of the clad is n 1 , the refractive index of the pumping optical fiber is n 2 , the refractive index of the intermediate resin portion is n 3 , and the refractive index of the common coating is n 4 , (1) to (4) are satisfied.
n 1 ≧ n 2 (1)
n 1 ≧ n 3 (2)
n 3 > n 4 (3)
n 2 > n 4 (4)
上記光コンバイナでは、増幅用光ファイバと励起光ファイバとの間に中間樹脂部が配置されることによって、増幅用光ファイバと励起光ファイバとが直接接触することが抑制され得る。このため、増幅用光ファイバ及び励起光ファイバは、表面に傷が付いて機械的強度が低下することが抑制され得る。また、上記光コンバイナは、上記式(3)及び(4)を満たす。すなわち、共通被膜の屈折率n4は、励起光ファイバの屈折率n2よりも低くされるとともに中間樹脂部の屈折率n3よりも低くされる。このため、励起光ファイバを伝搬する光は、共通被膜側に漏れ難く、中間樹脂部が形成される側に偏在し易くなる。また、上記光コンバイナは、上記式(2)を満たす。すなわち、増幅用光ファイバのクラッドの屈折率n1は、中間樹脂部の屈折率n3以上とされる。このため、中間樹脂部を伝搬する光は増幅用光ファイバに入射し易くなり、励起光ファイバを伝搬する光のうち中間樹脂部まで広がった光は増幅用光ファイバへと移行し易くなる。また、上記光コンバイナは、上記式(1)から(4)を満たす。すなわち、増幅用光ファイバのクラッドの屈折率n1は、最も屈折率が高い部位とされる。このため、増幅用光ファイバへ移行した光は増幅用光ファイバに閉じ込められ易くなる。上記のようにして、本発明の光コンバイナでは、励起光ファイバから増幅用光ファイバへの光の移行効率が向上され得る。 In the optical combiner, the intermediate resin portion is disposed between the amplification optical fiber and the pumping optical fiber, so that direct contact between the amplification optical fiber and the pumping optical fiber can be suppressed. For this reason, the optical fiber for amplification and the pumping optical fiber can be prevented from being scratched on the surface and the mechanical strength being lowered. Moreover, the said optical combiner satisfy | fills said Formula (3) and (4). That is, the refractive index n 4 of the common coating is made lower than the refractive index n 2 of the pumping optical fiber and lower than the refractive index n 3 of the intermediate resin portion. For this reason, the light propagating through the excitation optical fiber hardly leaks to the common coating side, and tends to be unevenly distributed on the side where the intermediate resin portion is formed. Moreover, the said optical combiner satisfy | fills the said Formula (2). That is, the refractive index n 1 of the cladding of the amplification optical fiber is set to be equal to or higher than the refractive index n 3 of the intermediate resin portion. For this reason, the light propagating through the intermediate resin portion is likely to enter the amplification optical fiber, and the light that has spread to the intermediate resin portion among the light propagating through the excitation optical fiber is likely to be transferred to the amplification optical fiber. Moreover, the said optical combiner satisfy | fills said Formula (1) to (4). In other words, the refractive index n 1 of the cladding of the amplification optical fiber is the highest refractive index portion. For this reason, the light transferred to the amplification optical fiber is easily confined in the amplification optical fiber. As described above, in the optical combiner of the present invention, the light transfer efficiency from the pumping optical fiber to the amplification optical fiber can be improved.
また、下記式(5)を満たすことが好ましい。
n3≧n2 ・・・ (5)
Moreover, it is preferable to satisfy | fill following formula (5).
n 3 ≧ n 2 (5)
上記式(5)が満たされることによって、すなわち、中間樹脂部の屈折率n3が励起光ファイバの屈折率n2以上であることによって、励起光ファイバを伝搬する光が中間樹脂部に入射し易くなる。また、中間樹脂部を伝搬する光は上記のように増幅用光ファイバへ入射し易い。よって、励起光ファイバから増幅用光ファイバへの光の移行効率がより向上され得る。 By the above equation (5) is satisfied, i.e., by the refractive index n 3 of the intermediate resin portion is the refractive index n 2 or more excitation optical fiber, light propagating through the excitation optical fiber is incident on the intermediate resin portion It becomes easy. Further, the light propagating through the intermediate resin portion is likely to enter the amplification optical fiber as described above. Therefore, the light transfer efficiency from the pumping optical fiber to the amplification optical fiber can be further improved.
また、下記式(6)を満たすことが好ましい。
n1>n3 ・・・ (6)
Moreover, it is preferable to satisfy | fill following formula (6).
n 1 > n 3 (6)
上記式(6)が満たされることによって、すなわち、増幅用光ファイバのクラッドの屈折率n1が中間樹脂部の屈折率n3より高いことによって、中間樹脂部を伝搬する光は、中間樹脂部と増幅用光ファイバのクラッドとの界面での反射が抑制され、増幅用光ファイバにより入射し易くなる。また、増幅用光ファイバを伝搬する光は、中間樹脂部と増幅用光ファイバのクラッドとの界面で反射され易くなり、中間樹脂部側に戻り難くなる。よって、励起光ファイバから増幅用光ファイバへの光の移行効率がより向上され得る。 When the above formula (6) is satisfied, that is, when the refractive index n 1 of the cladding of the optical fiber for amplification is higher than the refractive index n 3 of the intermediate resin portion, the light propagating through the intermediate resin portion And reflection at the interface between the optical fiber for amplification and the cladding of the optical fiber for amplification are suppressed, and the optical fiber for amplification becomes easy to enter. Further, the light propagating through the amplification optical fiber is easily reflected at the interface between the intermediate resin portion and the cladding of the amplification optical fiber, and is difficult to return to the intermediate resin portion side. Therefore, the light transfer efficiency from the pumping optical fiber to the amplification optical fiber can be further improved.
また、前記励起光ファイバの前記増幅用光ファイバ側とは反対側が前記共通被膜に接して覆われていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the side opposite to the amplification optical fiber side of the excitation optical fiber is covered in contact with the common coating.
上記のように、共通被膜の屈折率n4は、励起光ファイバの増幅用光ファイバ側に配置される中間樹脂部の屈折率n3より低い。よって、励起光ファイバの増幅用光ファイバ側とは反対側が中間樹脂部を介さずに共通被膜に接して覆われることにより、励起光ファイバを伝搬する光が増幅用光ファイバ側に偏在し易くなる。このため、励起光ファイバから増幅用光ファイバへの光の移行効率がより向上され得る。 As described above, the refractive index n 4 of the common coating is lower than the refractive index n 3 of the intermediate resin portion disposed on the amplification optical fiber side of the pumping optical fiber. Therefore, the side opposite to the amplification optical fiber side of the excitation optical fiber is covered with the common coating without passing through the intermediate resin portion, so that the light propagating through the excitation optical fiber is likely to be unevenly distributed on the amplification optical fiber side. . For this reason, the light transfer efficiency from the pumping optical fiber to the amplification optical fiber can be further improved.
また、長手方向に垂直な断面において、前記増幅用光ファイバの外周面と前記励起光ファイバの外周面とに接し前記増幅用光ファイバと前記励起光ファイバとの間で互いに交わらない2本の接線と、前記増幅用光ファイバの外周面と、前記励起光ファイバの外周面と、で囲まれる中間領域の外側では、前記増幅用光ファイバ及び前記励起光ファイバが前記共通被膜に接して覆われていることが好ましい。 Further, in a cross section perpendicular to the longitudinal direction, two tangents that are in contact with the outer peripheral surface of the amplification optical fiber and the outer peripheral surface of the excitation optical fiber and do not intersect with each other between the amplification optical fiber and the excitation optical fiber And outside the intermediate region surrounded by the outer peripheral surface of the amplification optical fiber and the outer peripheral surface of the excitation optical fiber, the amplification optical fiber and the excitation optical fiber are covered with the common coating. Preferably it is.
このように増幅用光ファイバの外周面及び励起光ファイバの外周面のうち互いに向かい合う部位以外の部位が中間樹脂部よりも屈折率が低い共通被膜に接して覆われることにより、励起光ファイバを伝搬する光が増幅用光ファイバ側へより偏在し易くなる。また、増幅用光ファイバへ移行した光が増幅用光ファイバから漏れ難くなる。よって、励起光ファイバから増幅用光ファイバへの光の移行効率がより向上され得る。 In this way, the outer peripheral surface of the amplifying optical fiber and the outer peripheral surface of the pumping optical fiber are covered with a common coating having a refractive index lower than that of the intermediate resin portion, so that the pump optical fiber propagates. Is more likely to be unevenly distributed to the amplification optical fiber side. In addition, light that has shifted to the amplification optical fiber is less likely to leak from the amplification optical fiber. Therefore, the light transfer efficiency from the pumping optical fiber to the amplification optical fiber can be further improved.
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、上記のいずれかの光コンバイナと、前記励起光ファイバに入射される励起光を出射する励起光源と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a fiber laser device of the present invention includes any one of the above optical combiners and a pumping light source that emits pumping light incident on the pumping optical fiber.
上記のいずれかの光コンバイナを備えることによって、励起光ファイバから増幅用光ファイバへの光の移行効率が向上され得る。 By providing any of the above optical combiners, the light transfer efficiency from the pumping optical fiber to the amplifying optical fiber can be improved.
以上のように、本発明によれば、励起光ファイバから増幅用光ファイバへの光の移行効率が向上され得る光コンバイナ及び当該光コンバイナを備えるファイバレーザ装置が提供される。 As described above, according to the present invention, an optical combiner capable of improving the light transfer efficiency from the pumping optical fiber to the amplification optical fiber and a fiber laser device including the optical combiner are provided.
以下、本発明に係る光コンバイナ及び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。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an optical combiner and a fiber laser device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments exemplified below are intended to facilitate understanding of the present invention, and are not intended to limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit of the present invention.
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係るファイバレーザ装置の構成を示す図である。図1に示すように、ファイバレーザ装置1は、共振器型のファイバレーザ装置とされ、レーザダイオード21を有する励起光源20と、レーザダイオード21に接続される励起光ファイバ25と、光ファイバ30と、光ファイバ30に設けられる第1FBG35と、光ファイバ40と、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。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a fiber laser device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the fiber laser device 1 is a resonator type fiber laser device, and includes a pumping
本実施形態のファイバレーザ装置1は、2つの励起光源20を備える。それぞれの励起光源20は、レーザダイオード21から構成される。本実施形態のレーザダイオード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、レーザダイオード21は励起光ファイバ25の一端に接続されており、励起光ファイバ25の他端は光コンバイナ50に接続されている。励起光ファイバ25は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、クラッドを被覆する被覆層とを主な構成として備える。
The fiber laser device 1 of this embodiment includes two
光ファイバ30の一端は、後述するように光コンバイナ50に接続しており、光ファイバ30の他端には光を熱に変換する終端部38が設けられている。また、光ファイバ30は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、クラッドを被覆する被覆層とを主な構成として備える。クラッドの屈折率はコアの屈折率よりも低くされている。このようなコア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)等の元素が添加された石英が挙げられる。クラッド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を挙げることができる。なお、クラッドには、屈折率を低下させるフッ素(F)等の元素が添加されても良い。被覆層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る。
One end of the
また、光ファイバ30のコアにはゲルマニウム等の感光性の元素が添加されており、光ファイバ30のコアには、第1FBG35が設けられている。第1FBG35は、光ファイバ30のコアの第1FBG35以外の部分よりも屈折率が高い高屈折率部と、当該コアの第1FBG35以外の部分と同様の屈折率である低屈折率部とが、当該コア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、後述する増幅用光ファイバ51のコア52に添加されている活性元素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一部の波長の光を反射するように構成されている。第1FBG35の反射率は、後述の第2FBG45の反射率よりも高く、上記活性元素が放出する光うち所望の波長の光を90%以上で反射することが好ましく、99%以上で反射することがより好ましい。また第1FBG35が反射する光の波長は、上記活性元素がイッテルビウムである場合、例えば1060nmとされる。
Further, a photosensitive element such as germanium is added to the core of the
光ファイバ40の一端は、後述するように光コンバイナ50に接続されている。光ファイバ40は、第1FBG35にかえて第2FBG45がコアに設けられている点を除き光ファイバ30と同様の構成とされる。光ファイバ40のコアは、後述するように増幅用光ファイバ51のコア52に接続される。また、光ファイバ40のコアには、上記のように第2FBG45が設けられている。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。また、本実施形態では光ファイバ40の増幅用光ファイバ51側とは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。
One end of the
次に、光コンバイナ50について説明する。図1に示すように、光コンバイナ50の一方の端部には光ファイバ30及び励起光ファイバ25が接続され、他方の端部には光ファイバ40及び他の励起光ファイバ25が接続される。
Next, the
図2は、図1に示す光コンバイナ50の長手方向に垂直な断面を示す図である。図3は、図1に示す光コンバイナ50及び光コンバイナ50に接続されるそれぞれの光ファイバの一部の長手方向に平行な断面を示す図である。
FIG. 2 is a view showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the
図2及び図3に示すように、光コンバイナ50は、増幅用光ファイバ51、励起光ファイバ55、増幅用光ファイバ51と励起光ファイバ55との間に配置される中間樹脂部54、及びこれらを囲う共通被膜58を備える。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
増幅用光ファイバ51は、活性元素が添加されたコア52とコア52を囲うクラッド53とを有する。増幅用光ファイバ51のコア52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から出射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)等を挙げることができる。クラッド53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を挙げることができる。なお、クラッド53には、屈折率を低下させるフッ素(F)等の元素が添加されても良い。
The amplification
増幅用光ファイバ51のコア52は、一端が光ファイバ40のコア41に接続され、他端が光ファイバ30のコア31に接続される。よって、第1FBG35は、増幅用光ファイバ51の一方側に配置され、増幅用光ファイバ51のコア52と光学的に結合する。また、第2FBG45は、増幅用光ファイバ51の他方側に配置され、増幅用光ファイバ51のコア52と光学的に結合する。こうして、第1FBG35と増幅用光ファイバ51と第2FBG45とで、光共振器が構成されている。また、増幅用光ファイバ51のクラッド53は、一端が光ファイバ40のクラッド42に接続され、他端が光ファイバ30のクラッド32に接続される。
The
本実施形態の励起光ファイバ55は、単一のガラスからなる光ファイバ素線によって構成される部位である。励起光ファイバ55は励起光ファイバ25のコア26と同様の構成とされる。励起光ファイバ55は、一端が励起光ファイバ25のコア26及びクラッド27に接続され、他端が他の励起光ファイバ25のコア26及びクラッド27に接続される。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、それぞれの励起光ファイバ25を介して励起光ファイバ55に入射する。
The excitation
中間樹脂部54は、増幅用光ファイバ51と励起光ファイバ55とに接するように、増幅用光ファイバ51と励起光ファイバ55との間に配置される。中間樹脂部54は、例えば紫外線硬化樹脂によって構成される。本実施形態の中間樹脂部54は、増幅用光ファイバ51と励起光ファイバ55との間の中間領域IRに配置される。中間領域IRは、図2に示すように、2本の接線L1,L2と、増幅用光ファイバ51の外周面と、励起光ファイバ55の外周面と、で囲まれる領域である。2本の接線L1,L2は、光コンバイナ50の長手方向に垂直な断面において、増幅用光ファイバ51の外周面と励起光ファイバ55の外周面とに接し、増幅用光ファイバ51と励起光ファイバ55との間で互いに交わらない。上記のように中間樹脂部54は中間領域IR内に配置され、中間領域IRの外側では、増幅用光ファイバ51及び励起光ファイバ55が共通被膜58に接して覆われている。よって、励起光ファイバ55の増幅用光ファイバ51側とは反対側は共通被膜58に接して覆われている。また、本実施形態の中間樹脂部54は、中間領域IRのうち増幅用光ファイバ51の外周面と励起光ファイバ55の外周面との間隔が特に狭い領域にのみ形成されている。よって、中間樹脂部54は、増幅用光ファイバ51の中心と励起光ファイバ55の中心とを結ぶ線分上に形成される。また、光コンバイナ50の長手方向に垂直な断面における当該線分に対して垂直な方向の中間樹脂部54の長さd3は、増幅用光ファイバ51の直径d1及び励起光ファイバ55の直径d2より小さくされる。本実施形態では、増幅用光ファイバ51の直径d1と励起光ファイバ55の直径d2とが同じ大きさとされる。また、中間樹脂部54の厚さt、すなわち増幅用光ファイバ51の外周面と励起光ファイバ55の外周面との距離は、例えば10μm以下とされる。なお、光コンバイナ50の長手方向で見る場合、中間樹脂部54は、増幅用光ファイバ51と励起光ファイバ55との間に連続的に形成されていることが好ましいが、断続的に形成されていても良い。
The
共通被膜58は、増幅用光ファイバ51の外周面側及び励起光ファイバ55の外周面側を囲うポリマークラッドとされる。共通被膜58は、例えば、中間樹脂部54とは異なる紫外線硬化樹脂によって構成される。
The
本実施形態では、クラッド53の屈折率をn1、励起光ファイバ55の屈折率をn2、中間樹脂部54の屈折率をn3、共通被膜58の屈折率をn4とするとき、下記式(1)から(5)が成り立つ。
n1≧n2 ・・・ (1)
n1≧n3 ・・・ (2)
n3>n4 ・・・ (3)
n2>n4 ・・・ (4)
n3≧n2 ・・・ (5)
In this embodiment, when the refractive index of the
n 1 ≧ n 2 (1)
n 1 ≧ n 3 (2)
n 3 > n 4 (3)
n 2 > n 4 (4)
n 3 ≧ n 2 (5)
次に、ファイバレーザ装置1の動作について説明する。 Next, the operation of the fiber laser device 1 will be described.
まず、それぞれの励起光源20のレーザダイオード21から励起光が出射される。この励起光は励起光ファイバ25を介して、光コンバイナ50の励起光ファイバ55に入射する。光コンバイナ50の励起光ファイバ55に入射した励起光は、励起光ファイバ55を伝搬する間に徐々に増幅用光ファイバ51に移行する。
First, excitation light is emitted from the
増幅用光ファイバ51のクラッド53へと移行した励起光は、主にクラッド53を伝搬する。このようして増幅用光ファイバ51のクラッド53を伝搬する励起光は、増幅用光ファイバ51のコア52を通過する際に、コア52に添加されている活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は、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の光を含む信号光が、第1FBG35と第2FBG45との間を共振する。共振する信号光がコア52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、共振する信号光が増幅される。そして、第1FBG35と増幅用光ファイバ51と第2FBG45とを含む光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、共振する信号光のうち一部の光が第2FBG45を透過して、光ファイバ40の端部から出射する。なお、増幅用光ファイバ51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。
The excitation light transferred to the
以上の説明のように、光コンバイナ50では、増幅用光ファイバ51と励起光ファイバ55との間に中間樹脂部54が配置される。このため、増幅用光ファイバ51と励起光ファイバ55とが直接接触することが抑制され得る。よって、増幅用光ファイバ51及び励起光ファイバ55は、表面に傷が付いて機械的強度が低下することが抑制され得る。
As described above, in the
また、光コンバイナ50は、上記式(3)及び(4)を満たす。すなわち、共通被膜58の屈折率n4は、励起光ファイバ55の屈折率n2よりも低くされるとともに中間樹脂部54の屈折率n3よりも低くされる。このため、励起光ファイバ55を伝搬する光は、共通被膜58側に漏れ難く、中間樹脂部54が形成される側に偏在し易くなる。また、光コンバイナ50は、上記式(2)を満たす。すなわち、増幅用光ファイバ51のクラッド53の屈折率n1は、中間樹脂部54の屈折率n3以上とされる。このため、中間樹脂部54を伝搬する光は、中間樹脂部54とクラッド53との界面での反射が抑制されて増幅用光ファイバ51に入射し易くなる。このように、励起光ファイバ55を伝搬する光のうち中間樹脂部54まで広がった光は、増幅用光ファイバ51へと移行し易くなる。また、光コンバイナ50は、上記式(1)から(4)を満たす。すなわち、増幅用光ファイバ51のクラッド53の屈折率n1は、最も屈折率が高い部位とされる。このため、増幅用光ファイバ51へ移行した光は増幅用光ファイバ51に閉じ込められ易くなる。上記のようにして、光コンバイナ50では、励起光ファイバ55から増幅用光ファイバ51への光の移行効率が向上され得る。
The
また、光コンバイナ50は、上記式(5)を満たす。すなわち、中間樹脂部54の屈折率n3が励起光ファイバ55の屈折率n2以上である。このため、励起光ファイバ55を伝搬する光は、励起光ファイバ55と中間樹脂部54との界面での反射が抑制され、中間樹脂部54に入射し易くなる。また、中間樹脂部54を伝搬する光は上記のように増幅用光ファイバ51へ入射し易い。よって、励起光ファイバ55から増幅用光ファイバ51への光の移行効率がより向上され得る。
Further, the
さらに、中間樹脂部54を伝搬する光を増幅用光ファイバ51へより入射させ易くする観点からは、下記式(6)を満たすことが好ましい。
n1>n3 ・・・ (6)
Furthermore, from the viewpoint of making light propagating through the
n 1 > n 3 (6)
上記式(6)を満たすことによって、すなわち、増幅用光ファイバ51のクラッド53の屈折率n1が中間樹脂部54の屈折率n3より高いことによって、中間樹脂部54を伝搬する光は、中間樹脂部54と増幅用光ファイバ51のクラッド53との界面での反射が抑制され、増幅用光ファイバ51により入射し易くなる。また、増幅用光ファイバ51を伝搬する光は、中間樹脂部54と増幅用光ファイバ51のクラッド53との界面で反射され易くなり、中間樹脂部54側に戻り難くなる。よって、励起光ファイバ55から増幅用光ファイバ51への光の移行効率がより向上され得る。
By satisfying the above equation (6), that is, when the refractive index n 1 of the
また、光コンバイナ50では、励起光ファイバ55の増幅用光ファイバ51側とは反対側が共通被膜58に接して覆われている。上記のように、共通被膜58の屈折率n4は、励起光ファイバ55の増幅用光ファイバ51側に配置される中間樹脂部54の屈折率n3より低い。よって、励起光ファイバ55の増幅用光ファイバ51側とは反対側が中間樹脂部54を介さずに共通被膜58に接して覆われていることにより、励起光ファイバ55を伝搬する光が増幅用光ファイバ51側に偏在し易くなる。このため、励起光ファイバ55から増幅用光ファイバ51への光の移行効率がより向上され得る。
In the
また、光コンバイナ50の長手方向に垂直な断面において、中間領域IRの外側では、増幅用光ファイバ51及び励起光ファイバ55が共通被膜58に接して覆われている。このように増幅用光ファイバ51の外周面及び励起光ファイバ55の外周面のうち互いに向かい合う部位以外の部位が中間樹脂部54よりも屈折率が低い共通被膜58に接して覆われることにより、励起光ファイバ55を伝搬する光が増幅用光ファイバ51側へより偏在し易くなる。また、増幅用光ファイバ51へ移行した光が増幅用光ファイバ51から漏れ難くなる。よって、励起光ファイバ55から増幅用光ファイバ51への光の移行効率がより向上され得る。
In the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the
また、本実施形態の中間樹脂部54は、上記のように中間領域IRの一部にのみ形成される。このように中間樹脂部54の体積が小さくされることによって、励起光ファイバ55から増幅用光ファイバ51への移行する光が中間樹脂部54を伝搬する距離を小さくし得る。よって、中間樹脂部54において光が散乱したり吸収されたりして損失することが抑制され得る。
Further, the
また、ファイバレーザ装置1では、上記光コンバイナ50を備えることによって、励起光ファイバ55から増幅用光ファイバ51への光の移行効率が向上され得る。
Further, in the fiber laser device 1, by providing the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る光コンバイナについて図4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。
(Second Embodiment)
Next, an optical combiner according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In addition, about the component which is the same as that of 1st Embodiment, or equivalent, except the case where it demonstrates especially, the same referential mark is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図4は、本実施形態に係る光コンバイナの長手方向に垂直な断面を示す図である。 FIG. 4 is a view showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the optical combiner according to the present embodiment.
図4に示す光コンバイナ50aは、増幅用光ファイバ51の直径d1と励起光ファイバ55の直径d2とが異なる点において、第1実施形態の光コンバイナ50と異なる。光コンバイナ50aでは、増幅用光ファイバ51の直径d1が励起光ファイバ55の直径d2よりも大きい。また、光コンバイナ50の長手方向に垂直な断面における増幅用光ファイバ51の中心と励起光ファイバ55の中心とを結ぶ線分に対して垂直な方向の中間樹脂部54の長さd3は、励起光ファイバ55の直径d2よりも小さい。すなわち、中間樹脂部54の長さd3は、増幅用光ファイバ51及び励起光ファイバ55のうち直径が小さい方の直径よりも小さい。このような形態であっても、上記第1実施形態と同様に、励起光ファイバ55から増幅用光ファイバ51への光の移行効率が向上され得る。
The
以上、本発明について上記第1及び第2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。 As mentioned above, although the said 1st and 2nd embodiment was demonstrated to the example about this invention, this invention is not limited to these.
例えば、上記第1及び第2実施形態では、上記式(5)を満たす形態、すなわち中間樹脂部54の屈折率n3が励起光ファイバ55の屈折率n2以上である例を挙げて説明したが、中間樹脂部54の屈折率n3は励起光ファイバ55の屈折率n2より小さくても良い。ただし、中間樹脂部54の屈折率n3は共通被膜の屈折率n4よりは高くされる。このような形態であっても、励起光ファイバ55を伝搬する光は中間樹脂部54側に偏在し得る。
For example, in the first and second embodiments described above, a mode that satisfies the above formula (5), that is, an example in which the refractive index n 3 of the
また、上記第1及び第2実施形態では、中間領域IRの一部にのみ中間樹脂部54が配置される例を挙げて説明したが、中間樹脂部54は中間領域IR全体に配置されてもよく、中間領域IRの外側にも中間樹脂部54が配置されても良い。図5は、変形例に係る光コンバイナの長手方向に垂直な断面を示す図である。図5に示す光コンバイナ50bは、中間領域IRの全体と更に中間領域IRの外側にも中間樹脂部54が配置されている点で第1実施形態の光コンバイナ50と異なる。このような形態であっても、上記第1実施形態と同様に、励起光ファイバ55から増幅用光ファイバ51への光の移行効率が向上され得る。
In the first and second embodiments, the example in which the
また、図6は、他の変形例に係る光コンバイナの長手方向に垂直な断面を示す図である。図6に示す光コンバイナ50cは、中間樹脂部54が励起光ファイバ55の外周面のうち増幅用光ファイバ51側の面を覆うように配置され増幅用光ファイバ51との接触面積が小さい点で第1実施形態の光コンバイナ50と異なる。このような形態であっても、上記第1実施形態と同様に、励起光ファイバ55から増幅用光ファイバ51への光の移行効率が向上され得る。ただし、励起光ファイバ55を伝搬する光を増幅用光ファイバ51側により偏在させ易くする等の観点からは、中間樹脂部54は中間領域IR内にのみ配置されることが好ましい。また、中間樹脂部54は、増幅用光ファイバ51の外周面のうち励起光ファイバ55側の面を覆うように配置されても良い。ただし、増幅用光ファイバ51から光を漏れ難くする等の観点からは、増幅用光ファイバ51が共通被膜58に接して覆われる面積は大きい方が好ましく、励起光ファイバ55から中間樹脂部54に光が伝搬し易くする観点からは、励起光ファイバ55が中間樹脂部54に接して覆われる面積は大きい方が好ましい。よって、中間樹脂部54は、増幅用光ファイバ51の外周面を覆うように配置されるよりも、図6に示す変形例のように励起光ファイバ55の外周面を覆うように配置される方が好ましい。
FIG. 6 is a view showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of an optical combiner according to another modification. The
また、上記のように、同様に増幅用光ファイバ51が共通被膜58に接して覆われる面積は大きい方が好ましく、励起光ファイバ55が中間樹脂部54に接して覆われる面積は大きい方が好ましい。従って、励起光ファイバ55から中間樹脂部54を介して増幅用光ファイバ51へ光を移行させつつ増幅用光ファイバ51から光が漏れることを抑制する観点から、中間樹脂部54と励起光ファイバ55との接触面積は、中間樹脂部54と増幅用光ファイバ51との接触面積より大きいことが好ましい。
Similarly, as described above, the area where the amplification
また、上記実施形態ではファイバレーザ装置1が2つの励起光源20を備える例を挙げて説明したが、ファイバレーザ装置に備えられる励起光源20の数は特に限定されない。また、励起光源20の数に応じて励起光ファイバ25の数は適宜変更され、励起光ファイバ25に接続される光コンバイナ50の励起光ファイバ55の数も適宜変更される。また、励起光ファイバ55は単一のガラスから成る例を挙げて説明したが、励起光ファイバ55は屈折率が互い異なる部位を有していても良い。
Moreover, although the fiber laser apparatus 1 gave and demonstrated the example provided with the two
また、上記実施形態では増幅用光ファイバ51の外形が円形である例を挙げて説明したが、増幅用光ファイバ51の外形は多角形であっても良い。
In the above embodiment, the example in which the outer shape of the amplification
以上説明したように、本発明によれば、励起光ファイバから増幅用光ファイバへの光の移行効率が向上され得る光コンバイナ及び当該光コンバイナを備えるファイバレーザ装置が提供され、ファイバレーザ装置や光ファイバ通信等の分野で利用することが期待される。 As described above, according to the present invention, an optical combiner capable of improving the light transfer efficiency from the pumping optical fiber to the amplifying optical fiber and a fiber laser device including the optical combiner are provided. It is expected to be used in fields such as fiber communications.
1・・・ファイバレーザ装置
20・・・励起光源
50・・・光コンバイナ
51・・・増幅用光ファイバ
52・・・コア
53・・・クラッド
54・・・中間樹脂部
55・・・励起光ファイバ
58・・・共通被膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (6)
少なくとも1つの励起光ファイバと、
前記増幅用光ファイバと前記励起光ファイバとに接するように前記増幅用光ファイバと前記励起光ファイバとの間に配置される中間樹脂部と、
前記増幅用光ファイバ及び前記励起光ファイバの外周面側を囲う共通被膜と、
を備え、
前記クラッドの屈折率をn1、前記励起光ファイバの屈折率をn2、前記中間樹脂部の屈折率をn3、前記共通被膜の屈折率をn4とするとき、下記式(1)から(4)が成り立つ
ことを特徴とする光コンバイナ。
n1≧n2 ・・・ (1)
n1≧n3 ・・・ (2)
n3>n4 ・・・ (3)
n2>n4 ・・・ (4) An amplifying optical fiber having a core doped with an active element and a clad surrounding the core;
At least one pumping optical fiber;
An intermediate resin portion disposed between the amplification optical fiber and the excitation optical fiber so as to be in contact with the amplification optical fiber and the excitation optical fiber;
A common coating surrounding the outer peripheral surface side of the amplification optical fiber and the excitation optical fiber;
With
When the refractive index of the cladding is n 1 , the refractive index of the excitation optical fiber is n 2 , the refractive index of the intermediate resin portion is n 3 , and the refractive index of the common coating is n 4 , the following formula (1) An optical combiner characterized in that (4) holds.
n 1 ≧ n 2 (1)
n 1 ≧ n 3 (2)
n 3 > n 4 (3)
n 2 > n 4 (4)
ことを特徴とする請求項1に記載の光コンバイナ。
n3≧n2 ・・・ (5) The optical combiner according to claim 1, wherein the following formula (5) is satisfied.
n 3 ≧ n 2 (5)
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光コンバイナ。
n1>n3 ・・・ (6) The optical combiner according to claim 1 or 2, wherein the following expression (6) is satisfied.
n 1 > n 3 (6)
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光コンバイナ。 4. The optical combiner according to claim 1, wherein a side of the excitation optical fiber opposite to the amplification optical fiber is covered with the common coating. 5.
ことを特徴とする請求項4に記載の光コンバイナ。 Two tangents that are in contact with the outer peripheral surface of the amplification optical fiber and the outer peripheral surface of the excitation optical fiber and do not intersect with each other between the amplification optical fiber and the excitation optical fiber in a cross section perpendicular to the longitudinal direction; The amplification optical fiber and the excitation optical fiber are covered with the common coating on the outer side of the intermediate region surrounded by the outer peripheral surface of the amplification optical fiber and the outer peripheral surface of the excitation optical fiber. The optical combiner according to claim 4.
前記励起光ファイバに入射される励起光を出射する励起光源と、
を備える
ことを特徴とするファイバレーザ装置。 An optical combiner according to any one of claims 1 to 5,
An excitation light source that emits excitation light incident on the excitation optical fiber;
A fiber laser device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017088731A JP2018186239A (en) | 2017-04-27 | 2017-04-27 | Optical combiner, and fiber laser device |
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