JP2019029421A - ファイバレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ビーム品質が良くパワーの大きな光を出射することができ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１は、活性元素が添加され複数のモードの光を伝搬するコアを有する増幅用光ファイバ２０と、増幅用光ファイバで増幅される光を１００％未満の所定の反射率で反射する第１ＦＢＧ３１と、第１ＦＢＧが反射する光を第１ＦＢＧよりも低い反射率で反射する第２ＦＢＧ３２と、第１ＦＢＧが反射する光の波長帯域と少なくとも一部が同じ波長帯域の光を反射する光学部品４０と、を備える。光学部品４０は、増幅用光ファイバ２０を伝搬し第１ＦＢＧ３１を透過する複数のモードの光のうち基本モードを含む所定のモードまでの光を当該所定のモードより高次のモードの光よりも高い反射率で反射する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、信頼性に優れるレーザ装置に関し、特にパワーの大きな光を出射するレーザ装置に好適なものである。

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において、出射する光のパワーが大きくなると増幅用光ファイバ内における光のパワー密度が高くなり非線形光学効果が生じる場合がある。この非線形光学効果を抑制するために増幅用光ファイバを伝搬する光の実効断面積（Ａ_eff）を大きくすることが考えられる。しかし、実効断面積を大きくすると基本モード（ＬＰ_０１モード）の光以外の高次の光が励振し易くなり、マルチモードで光が発振し易くなる。マルチモードの光が出射する場合、ファイバレーザ装置から出射する光の集光性が悪くなる傾向にあるため、高次モードの光のパワーが抑制された光を出射させたいという要望がある。

下記特許文献１には、マルチモードの光を伝播可能な増幅用ダブルクラッドファイバを有するファイバレーザ装置が記載されている。このファイバレーザ装置では、コアに入射する光に基本モードの光のみが含まれるように、基本モードの光のみを励振するようなモードコンバータを配して、マルチモードの光を伝播する増幅用ダブルクラッドファイバにおいて基本モードの光を中心に増幅できるとされている。

米国特許第５，８１８，６３０号明細書

上記特許文献１のようにマルチモードの光を伝播可能な増幅用ダブルクラッドファイバを用いて基本モードの光のみを増幅できれば、ビーム品質が良くパワーの大きな光を出射することができる。しかし、光をマルチモードで伝播できる光ファイバに基本モードの光のみを有する光を入射する場合であっても、基本モードの光以外の高次モードの光が励振されてしまう傾向がある。特許文献１に記載の増幅用光ファイバにおいて高次モードの光が励振されてしまうと、高次モードの光が増幅されてビーム品質の良くない光が出射されてしまう。従って、ビーム品質が良くパワーの大きな光を出射することができるファイバレーザ装置が求められている。

上記のように増幅用光ファイバをマルチモードの光が伝搬する場合であっても、基本モードが他のモードよりも増幅されれば、ビーム品質を向上することができる。また、基本モードのみでなく増幅用光ファイバを伝搬するマルチモードのうち基本モードを含む所定のモードまでの光を当該所定のモードより高次のモードの光よりも増幅することができれば、ビーム品質を向上することができる。

そこで、本発明は、ビーム品質が良くパワーの大きな光を出射す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。

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、励起光を出射する励起光源と、前記励起光により励起される活性元素が添加され複数のモードの光を伝搬するコアを有する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ前記増幅用光ファイバで増幅される光を１００％未満の所定の反射率で反射する第１ミラーと、前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ前記第１ミラーが反射する光の波長帯域と少なくとも一部が同じ波長帯域の光を前記第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１ミラーを基準として前記増幅用光ファイバ側と反対側に設けられ、前記第１ミラーが反射する光の波長帯域と少なくとも一部が同じ波長帯域の光を反射する光学部品と、を備え、前記光学部品は、前記第１ミラーを透過する前記複数のモードの光のうち基本モードを含む所定のモードまでの光を当該所定のモードよりも高次のモードの光より高い反射率で反射することを特徴とするものである。

このファイバレーザ装置は、複数のモードの光を伝搬する増幅用光ファイバが用いられるため、基本モードの光のみを伝搬する増幅用光ファイバと比べて、コアの径を大きくすることができる。従って、パワーの大きな光が増幅用光ファイバを伝搬する場合であっても非線形光学光が生じることを抑制することができる。しかし、上記のように複数のモードの光を伝搬する増幅用光ファイバでは複数のモードの光が励振されてしまう傾向がある。そこで、本発明のファイバレーザ装置では、光学部品により第１ミラーを透過する光のうち所定のモードまでの光が高次のモードの光よりも高い反射率で反射される。この反射された光の一部は再び第１ミラーを透過して増幅用光ファイバで増幅される。従って、第１ミラーから増幅用光ファイバに入射する光は、上記光学部品が無い場合と比べて、所定のモードまでの光のパワーが高次モードの光のパワーよりも大きくなる。この所定のモードまでの光は増幅用光ファイバを伝搬する複数のモードの光のうち低次のモードの光である。このため、増幅用光ファイバにおいて、低次のモードの光の増幅率と高次モードの光の増幅率とが同じであっても、結果として低次のモードの光が高次モードの光よりも増幅されることとなる。従って、低次のモードの光を高次モードの光よりも大きなパワーで出射することができる。以上より、本発明のファイバレーザ装置によれば、ビーム品質が良くパワーの大きな光を出射することができる。

また、前記所定のモードの光は基本モードの光とされ前記高次のモードの光は２次ＬＰモード以上の光とされることが好ましい。

このような構成によれば、光学部品が無い場合と比べて、基本モードの光をそれよりも高次のモードの光よりも大きなパワーで出射することができる。従って、ビーム品質がより良い光を出射することができる。

また、前記光学部品はフィルタと前記フィルタを透過する光を反射する第３ミラーとを有し、前記フィルタは前記高次のモードの光の透過を抑制することとしても良い。

この場合、前記フィルタは前記高次のモードの光の伝搬が抑制され前記所定のモードまでの光を伝搬する光ファイバとされることが好ましい。

この場合の光学部品は、フィルタとしての光ファイバと第３ミラーとで構成されることができる。この光ファイバは、増幅用光ファイバよりも伝搬モード数の少ない光ファイバとされる。また、フィルタとして光ファイバが用いられることで、第３ミラーとしてＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）等のミラーを用いることができ、簡易な構成で光学部品を構成することができる。

前記フィルタとされる前記光ファイバはシングルモードファイバとされることが好ましい。

シングルモードファイバをフィルタとして用いることで、簡易な構成でビーム品質がより良い光を出射することができる。

或いは、前記フィルタは曲げられることで前記高次のモードの光が損失される光ファイバとされることが好ましい。

この場合、フィルタとされる光ファイバの曲げ直径等を調整することで、損失させる高次のモードの光を定めることができるため、所望のモードまでの光を伝搬させることができる。従って、出射する光のパワーを大きくしたい光のモード数を適宜調整することができる。

また、前記フィルタとされる前記光ファイバのコアの直径は前記増幅用光ファイバのコアの直径と等しいことが好ましい。

この場合、増幅用光ファイバからフィルタとされる光ファイバに光が伝搬する際に光の損失を抑制することができ、ファイバレーザ装置の効率が低減することを抑制することができる。

また、前記光学部品の光の反射率は前記第１ミラーの反射率よりも高いことが好ましい。

第１ミラーが反射する光の波長帯域と光学部品が反射する光の波長帯域とは少なくとも一部が重なる。従って、光学部品で反射され第１ミラーに入射する光の一部は、再び光学部品に向かって第１ミラーで反射される。この場合において、上記のように光学部品の光の反射率が第１ミラーの反射率よりも高いことで、第１ミラーと光学部品との間を往復する光は、第１ミラー側から主に出射して増幅用光ファイバに入射することとなる。従って、この構成によれば、より効率良く低次のモードの光を増幅することができる。

以上説明したように、本発明のファイバレーザ装置によれば、ビーム品質が良くパワーの大きな光を出射することができる。

本発明の第１実施形態におけるファイバレーザ装置を示す図である。 本発明の第２実施形態におけるファイバレーザ装置を示す図である。

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。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態にかかるファイバ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、励起光を出射する励起光源１０と、励起光源１０から出射する励起光が入射し、励起光により励起される活性元素が添加される増幅用光ファイバ２０と、増幅用光ファイバ２０の一端に接続される光ファイバ２１と、光ファイバ２１に設けられる第１ミラーとしての第１ＦＢＧ３１と、増幅用光ファイバ２０の他端に接続される光ファイバ２２と、光ファイバ２２に設けられる第２ミラーとしての第２ＦＢＧ３２と、光ファイバ２１に接続される光学部品４０と、光学部品４０に励起光を入射するためのコンバイナ５０と、を主な構成として備える。

励起光源１０は、複数のレーザダイオード１１から構成され、増幅用光ファイバ２０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。励起光源１０のそれぞれのレーザダイオード１１は、励起光用光ファイバ１２に接続されており、レーザダイオード１１から出射する光は、それぞれのレーザダイオード１１に光学的に接続される励起光用光ファイバ１２を伝搬する。励起光用光ファイバ１２としては、例えば、マルチモードファイバを挙げることができ、この場合、励起光は励起光用光ファイバ１２をマルチモード光として伝搬する。なお、後述のように増幅用光ファイバ２０に添加される活性元素が例えばイッテルビウムである場合、励起光の波長は、例えば、９１５ｎｍとされる。

増幅用光ファイバ２０は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲みコアよりも低い屈折率とされる内側クラッドと、内側クラッドの外周面を被覆し内側クラッドよりも低い屈折率とされる外側クラッドと、外側クラッドの外周面を被覆する被覆層とから構成されている。増幅用光ファイバ２０の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等の元素、及び、励起光源１０から出射する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、上記イッテルビウムの他にツリウム（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）等が挙げられる。また、増幅用光ファイバ２０の内側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が挙げられる。なお、コアに屈折率を上昇させる元素が添加されない場合には、内側クラッドは例えば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構成されても良い。また、増幅用光ファイバ２０の外側クラッドを構成する材料としては、例えば、内側クラッドより屈折率の低い樹脂が挙げられ、増幅用光ファイバ２０の被覆層を構成する材料としては、例えば、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が挙げられる。

また、増幅用光ファイバ２０は、複数のモードの光を伝搬することができる光ファイバとされ、例えば、波長１０６０ｎｍの光を数モードで伝搬するフューモードファイバとされる。増幅用光ファイバ２０は、例えば、ＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、ＬＰ_２１モード、及びＬＰ_０２モードの４ＬＰモードの光を伝搬することができる。このような複数のモードを伝搬する増幅用光ファイバとして、例えば、コアの直径が１６μｍであり、コアと内側クラッドとの比屈折率差が０．１５％とされる増幅用光ファイバを挙げることができる。また、増幅用光ファイバ２０は、数モードよりも多数のモードの光を伝搬するマルチモードファイバとされても良い。

光ファイバ２１は、コアに活性元素が添加されていない点を除き増幅用光ファイバ２０と同じ構成とされる。従って、本実施形態では、光ファイバ２１のコアの直径と増幅用光ファイバ２０のコアの直径とが互いに等しくされ、光ファイバ２１の内側クラッドの外径と増幅用光ファイバ２０の内側クラッドの外径とが互いに等しくされる。光ファイバ２１は、コアの中心軸が増幅用光ファイバ２０のコアの中心軸と合わされて、増幅用光ファイバ２０の一端に接続されている。従って、増幅用光ファイバ２０のコアと光ファイバ２１のコアとが光学的に結合し、増幅用光ファイバ２０の内側クラッドと光ファイバ２１の内側クラッドとが光学的に結合している。

第１ＦＢＧ３１は、光ファイバ２１のコアに設けられている。こうして第１ＦＢＧ３１は、増幅用光ファイバ２０の一端側に設けられて増幅用光ファイバ２０のコアと光学的に結合されている。ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）は、光ファイバ２１の長手方向に沿って一定の周期で高屈折率部分と低屈折率部分とが繰り返されることで構成されている。この高屈折率部分と低屈折率部分との繰り返し周期、高屈折率部分と低屈折率部分との繰り返し回数、高屈折率部分と低屈折率部分との屈折率差等が調整されることにより、ＦＢＧの反射波長帯域、ＦＢＧの反射率等が定められる。第１ＦＢＧ３１は、励起状態とされた増幅用光ファイバ２０の活性元素が放出する光のうち特定の波長帯域の光を１００％未満の反射率で反射する。上述のように増幅用光ファイバ２０に添加される活性元素がイッテルビウムである場合、第１ＦＢＧ３１は、例えば波長が１０６０ｎｍの光を例えば８０％から９０％の反射率で反射する。

光ファイバ２２は、活性元素が添加されていないことを除いて増幅用光ファイバ２０のコアと同様のコアと、当該コアの外周面を隙間なく囲み増幅用光ファイバ２０の内側クラッドと同様の構成の内側クラッドと、内側クラッドの外周面を被覆する被覆層とから構成されている。光ファイバ２２は、増幅用光ファイバ２０の他端に接続されており、増幅用光ファイバ２０のコアと光ファイバ２２のコアとが光学的に結合している。

第２ＦＢＧ３２は光ファイバ２２のコアに設けられている。こうして第２ＦＢＧ３２は、増幅用光ファイバ２０の他端側に設けられて増幅用光ファイバ２０のコアと光学的に結合されている。第２ＦＢＧ３２は、第１ＦＢＧ３１が反射する光の波長帯域と少なくとも一部が同じ波長帯域の光を第１ＦＢＧ３１よりも低い反射率で反射するように構成されている。第２ＦＢＧ３２は、例えば、第１ＦＢＧ３１が反射する光の波長帯域と同じ波長帯域の光を５０％の反射率で反射するように構成されている。

こうして、増幅用光ファイバ２０と第１ＦＢＧ３１と第２ＦＢＧ３２とで共振器が形成され、本実施形態のファイバレーザ装置１は共振器型とされる。

なお、特に図示しないが、光ファイバ２２の増幅用光ファイバ２０側と反対側にデリバリファイバが接続されていても良い。

また、光ファイバ２１の増幅用光ファイバ２０側と反対側の端部には光学部品４０が接続されている。本実施形態の光学部品４０は、光ファイバ４１と第３ミラーとしての第３ＦＢＧ４３とを有する。

本実施形態では、光ファイバ４１は、増幅用光ファイバ２０を伝搬する波長帯域の光を基本モードのみで伝搬するシングルモードファイバとされることを除いては、光ファイバ２１と同様の構成とされる。従って、上記のように、増幅用光ファイバ２０を波長１０６０ｎｍの光が伝搬する場合、当該波長の光を基本モードで伝搬し、基本モードより高次のモードである２次ＬＰモード以上の光の伝搬が抑制される。波長１０６０ｎｍの光が伝搬する場合にシングルモードで光を伝搬する場合、例えば、コアの直径が１０μｍであり、コアと内側クラッドとの比屈折率差が０．１５％とされる光ファイバを挙げることができる。このようなシングルモードファイバである光ファイバ４１は、高次のモードの光の透過が抑制され基本モードの光を透過することができるフィルタと理解することができる。また、本実施形態では、光ファイバ４１のコアの直径と増幅用光ファイバ２０のコアの直径とが互いに等しくされ、光ファイバ４１の内側クラッドの外径と増幅用光ファイバ２０の内側クラッドの外径とが互いに等しくされる。従って、本実施形態では、増幅用光ファイバ２０と光ファイバ２１と光ファイバ４１とでコアの直径が互いに等しく、増幅用光ファイバ２０と光ファイバ２１と光ファイバ４１とで内側クラッドの外径が互いに等しくされる。光ファイバ４１は、コアの中心軸が光ファイバ２１のコアの中心軸と合わされて、光ファイバ２１に接続されている。従って、増幅用光ファイバ２０のコアと光ファイバ４１のコアとが光ファイバ２１のコアを介して光学的に結合し、増幅用光ファイバ２０の内側クラッドと光ファイバ４１の内側クラッドとが光ファイバ２１の内側クラッドを介して光学的に結合している。

光ファイバ４１のコアには、第３ＦＢＧ４３が設けられている。こうして第３ＦＢＧ４３は、第１ＦＢＧ３１と光学的に結合されている。第３ＦＢＧ４３は、第１ＦＢＧ３１が反射する光の波長帯域と少なくとも一部が同じ波長帯域の光を反射するように構成され、本実施形態では、第３ＦＢＧ４３は、第１ＦＢＧ３１の反射波長帯域と同じ反射波長帯域の光を第１ＦＢＧ３１よりも高い反射率で反射するように構成されている。第３ＦＢＧ４３は、例えば、第１ＦＢＧ３１が反射する光の波長帯域と同じ波長帯域の光を９９％の反射率で反射するように構成されている。

光学部品４０は、上記光ファイバ４１及び第３ＦＢＧ４３を有するため、増幅用光ファイバ２０を伝搬し第１ＦＢＧ３１を透過する複数のモードの光のうち基本モードの光を基本モードより高次のモードの光よりも高い反射率で反射する部品と理解することができる。

また、光ファイバ４１の増幅用光ファイバ２０側とは反対側の端部にはコンバイナ５０が形成されている。また、コンバイナ５０において、光ファイバ４１の内側クラッドに励起光用光ファイバ１２のコアが接続されている。こうして、励起光源１０と接続される励起光用光ファイバ１２と増幅用光ファイバ２０の内側クラッドとは、光ファイバ４１及び光ファイバ２１の内側クラッドを介して、光学的に結合される。

次にファイバレーザ装置１の動作について説明する。

まず、励起光源１０のそれぞれのレーザダイオード１１から励起光が出射する。励起光源１０から出射した励起光は、励起光用光ファイバ１２から光ファイバ４１の内側クラッド及び光ファイバ２１の内側クラッドを介して、増幅用光ファイバ２０の内側クラッドに入射する。増幅用光ファイバ２０の内側クラッドに入射した励起光は主に内側クラッドを伝搬して、増幅用光ファイバ２０のコアを通過する際にコア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、自然放出光を放出する。この自然放出光は、増幅用光ファイバ２０のコアを伝搬して、一部の波長の光が第１ＦＢＧ３１により反射され、反射された光のうち第２ＦＢＧ３２が反射する波長の光が第２ＦＢＧ３２で反射されて、第１ＦＢＧ３１と第２ＦＢＧ３２との間、すなわち共振器内を往復する。この光は、増幅用光ファイバ２０のコアを伝搬するときに誘導放出により増幅され、レーザ発振状態となる。ところで、上記のように増幅用光ファイバ２０は複数のモードの光を伝搬可能とするため、増幅用光ファイバ２０で増幅される光は複数のモードの光とされる。例えば、上記のように増幅用光ファイバ２０がフューモードファイバとされる場合、数モードの光が増幅される。

また第１ＦＢＧ３１は上記のように１００％未満の反射率とされるため、増幅用光ファイバ２０を伝搬する複数のモードの光の一部は、第１ＦＢＧ３１を透過する。第１ＦＢＧ３１を透過する光は光学部品４０の光ファイバ４１のコアに入射する。上記のように本実施形態の光ファイバ４１はシングルモードファイバとされるため、第１ＦＢＧ３１を透過して光ファイバ２１を伝搬する複数のモードの光のうち基本モードの光が光ファイバ４１を伝搬し、２次ＬＰモード以上の高次モードの光は光ファイバ４１の伝搬が抑制される。このとき上記のように増幅用光ファイバ２０と光ファイバ２１と光ファイバ４１とでコアの直径が互いに等しいことにより、光の損失を抑制することができる。そして、光ファイバ４１を伝搬する基本モードの光は、第３ＦＢＧ４３で反射されて、再び光ファイバ４１を伝搬し、光ファイバ２１のコアに入射する。光ファイバ２１は上記のように複数のモードの光を伝搬することができるが、光ファイバ４１から基本モードの光が入射すると主に基本モードの光を伝搬する。つまり、基本モードの光が光ファイバ２１のコアに入射する場合、光ファイバ２１において基本モード以外の高次のモードの光が励振するとしても、複数のモードの光が光ファイバ２１に入射する場合と比べて、基本モードの光のパワーが他のモードの光のパワーよりも大きな光が光ファイバ２１を伝搬する。

光ファイバ４１から光ファイバ２１のコアを伝搬する基本モードの光のパワーが大きな光の一部は、第１ＦＢＧ３１を透過し、他の一部は第１ＦＢＧ３１で反射される。第１ＦＢＧ３１で反射される光は光ファイバ４１を伝搬して第３ＦＢＧ４３で再び反射され、再び第１ＦＢＧ３１に向かって伝搬する。こうして、一部の光は、第１ＦＢＧ３１と第３ＦＢＧ４３との間を往復するが、本実施形態では、上記のように第３ＦＢＧ４３の光の反射率は第１ＦＢＧ３１の反射率よりも高いため、第１ＦＢＧ３１と第３ＦＢＧ４３との間を往復する光は、主に第１ＦＢＧ３１側から出射する。

第１ＦＢＧ３１から出射する光は、光ファイバ２１から増幅用光ファイバ２０のコアに入射して再び増幅される。この光ファイバ２１から増幅用光ファイバ２０に入射する光は基本モードの光のパワーが大きな光である。従って、増幅用光ファイバ２０には複数のモードの光が伝搬しているが、基本モードの光のパワーが大きな光が入射して増幅されることで、光学部品４０で光が反射しない場合と比べて、増幅用光ファイバ２０には基本モードの光のパワーが大きな光が伝搬することになる。そして、増幅用光ファイバ２０で増幅された光のうち一部の光は、第２ＦＢＧ３２を透過して光ファイバ２２から出射する。この光は上記のように基本モードの光のパワーが大きな光とされる。

こうして、ファイバレーザ装置１からは、基本モードの光のパワーが大きな光が出射する。

なお、上記実施形態では、光ファイバ４１がシングルモードファイバとされる例について説明した。しかし、光ファイバ４１は、増幅用光ファイバ２０を伝搬する光のモード数よりも少ないモード数の光を伝搬する光ファイバであれば、シングルモードファイバに限定されない。つまり、光ファイバ４１は、増幅用光ファイバ２０を伝搬し第１ＦＢＧ３１を透過する複数のモードの光のうち、基本モードを含む所定のモードまでの光を伝搬して、当該所定のモードよりも高次のモードの光の伝搬が抑制される光ファイバとされる。この場合の光学部品４０は、増幅用光ファイバ２０を伝搬し第１ＦＢＧ３１を透過する複数のモードの光のうち基本モードを含む所定のモードまでの光を当該所定モードより高次のモードの光よりも高い反射率で反射する部品となる。この所定のモードまでの光は増幅用光ファイバ２０を伝搬する複数のモードの光のうち低次のモードの光となる。このような光学部品を有するファイバレーザ装置１では、増幅用光ファイバ２０を伝搬する複数のモードの光の一部が第１ＦＢＧ３１を透過すると、増幅用光ファイバ２０を伝搬し得る複数のモードの光のうち、低次のモードの光が光ファイバ４１を伝搬して第３ＦＢＧ４３で反射される。従って、基本モードを含む低次のモードの光のパワーが大きな光の一部が第１ＦＢＧ３１を透過して、当該光は増幅用光ファイバ２０で増幅される。上記のように、増幅用光ファイバ２０には複数のモードの光が伝搬しているが、低次のモードの光のパワーが大きな光が入射して増幅されることで、光学部品４０で光が反射しない場合と比べて、増幅用光ファイバ２０には低次のモードの光のパワーが大きな光が伝搬することになる。従って、ファイバレーザ装置１からは、低次のモードのパワーの大きな光が出射する。

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は、励起光を出射する励起光源１０と、励起光により励起される活性元素が添加され複数のモードの光を伝搬する増幅用光ファイバ２０と、増幅用光ファイバ２０の一方側に設けられ増幅用光ファイバ２０で増幅される光を１００％未満の所定の反射率で反射する第１ＦＢＧ３１と、増幅用光ファイバ２０の他方側に設けられ第１ＦＢＧ３１が反射する光の波長帯域と少なくとも一部が同じ波長帯域の光を第１ＦＢＧ３１よりも低い反射率で反射する第２ＦＢＧ３２と、第１ＦＢＧ３１を基準として増幅用光ファイバ２０側と反対側に設けられ、第１ＦＢＧ３１が反射する光の波長帯域と少なくとも一部が同じ波長帯域の光を反射する光学部品４０と、を備える。そして、光学部品４０は、増幅用光ファイバ２０を伝搬し第１ＦＢＧ３１を透過する複数のモードの光のうち基本モードを含む所定のモードまでの光を当該所定のモードより高次のモードの光よりも高い反射率で反射する。

このようなファイバレーザ装置１は、複数のモードの光を伝搬する増幅用光ファイバ２０が用いられており、基本モードの光のみを伝搬する増幅用光ファイバと比べて、コアの直径が大きい。従って、パワーの大きな光が増幅用光ファイバ２０を伝搬する場合であっても非線形光学光が生じることを抑制することができる。また、ファイバレーザ装置１では、光学部品４０により第１ＦＢＧ３１を透過する光のうち所定のモードまでの光が高次のモードの光よりも高い反射率で反射される。この反射された光の一部は再び第１ＦＢＧ３１を透過して増幅用光ファイバ２０で増幅される。従って、第１ＦＢＧ３１から増幅用光ファイバに入射する光は、光学部品４０が無い場合と比べて、所定のモードまでの光のパワーが高次モードの光のパワーよりも大きくなる。上記のように所定のモードまでの光は増幅用光ファイバ２０を伝搬する複数のモードの光のうち低次のモードの光である。このため、増幅用光ファイバ２０において、低次のモードの光の増幅率と高次モードの光の増幅率とが同じであっても、結果として低次のモードの光が高次のモードの光よりも増幅されることとなる。従って、低次のモードの光を高次モードの光よりも大きなパワーで出射することができる。こうして、本実施形態のファイバレーザ装置１によれば、ビーム品質が良くパワーの大きな光を出射することができる。

また、本実施形態のファイバレーザ装置１では、光学部品４０がフィルタとされる光ファイバ４１と、光ファイバ４１を透過する光を反射する第３ＦＢＧ４３とから構成されるため、簡易な構成で光学部品を構成することができる。

また、本実施形態のファイバレーザ装置１では、光ファイバ４１がシングルモードファイバとされるため、増幅用光ファイバ２０において基本モードの光をより増幅することができ、ビーム品質がより良い光を出射することができる。

また、本実施形態のファイバレーザ装置１では、第３ＦＢＧ４３の光の反射率が第１ＦＢＧ３１の光の反射率よりも高くされる。すなわち、光学部品４０の光の反射率は第１ＦＢＧ３１の光の反射率よりも高くされる。従って、第１ＦＢＧ３１と光学部品４０との間を往復する光は、第１ＦＢＧ３１側から主に出射して増幅用光ファイバ２０に入射する。このため、より効率良く所定のモードまでの光を増幅することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図２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。

図２は、本発明にかかるファイバレーザ装置を示す図である。図２に示すように本実施形態のファイバレーザ装置１では、光学部品４０に用いられる光ファイバ４１がマルチモードファイバとされる点において第１実施形態のファイバレーザ装置１と異なる。

本実施形態の光ファイバ４１は、増幅用光ファイバ２０と同じ複数のモードの光を伝搬することができる。ただし、光ファイバ４１は所定の直径で曲げられており、当該曲げにより基本モードより高次のモードである２次ＬＰモード以上の光が損失される。例えば、第１実施形態において説明したように、増幅用光ファイバ２０が波長１０６０ｎｍの光を４ＬＰモードで伝搬し、コアの直径が１６μｍであり、コアと内側クラッドとの比屈折率差が０．２５％とされ、光ファイバ４１のコアの直径及びコアと内側クラッドとの比屈折率差が増幅用光ファイバ２０のコアの直径及びコアと内側クラッドとの比屈折率差と同じにされるとする。この場合に光ファイバ４１の曲げにより、２次ＬＰモード以上の光が損失されるには、例えば、曲げ直径が４ｃｍとされる。

このようなファイバレーザ装置１では、増幅用光ファイバ２０を伝搬し、第１ＦＢＧ３１を透過する光は、光ファイバ４１に入射する。光ファイバ４１では、基本モードの光と基本モードよりも高次の光とが伝搬するが、基本モード以外の光が曲げにより損失する。従って、第３ＦＢＧ４３で反射して再び第１ＦＢＧ３１に入射する光は、第１実施形態と同様にして主に基本モードの光となる。このため、第１実施形態と同様にしてファイバレーザ装置１からは基本モードの光のパワーが大きな光が出射する。

なお、本実施形態では、上記のように光ファイバ４１が基本モードと基本モードより高次のモードの光を伝搬し、高次のモードの光が曲げにより損失するものとした。しかし、基本モードを含む所定のモードまでの光と当該所定のモードより高次のモードの光を伝搬し、高次のモードの光が曲げにより損失するものとしても良い。この場合、光ファイバ４１を伝搬して第３ＦＢＧ４３で反射して再び第１ＦＢＧ３１に入射する光は、上記所定のモードまでの光とされる。この所定のモードまでの光は、高次のモードの光よりも低次のモードの光とされる。従って、この場合、ファイバレーザ装置１からは低次のモードのパワーが大きな光が出射する。

本実施形態のファイバレーザ装置１によれば、フィルタとされる光ファイバの曲げ直径等を調整することで、損失させる高次のモードの光を定めることができるため、所望の低次のモードの光を伝搬させることができる。この低次のモードの光を上記のように基本モードの光とすることもできる。従って、出射する光のうちパワーを大きくしたい光のモード数を適宜調整することができる。

以上、本発明について、上記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、適宜変更することが可能である。

例えば、上記実施形態では、光学部品４０がフィルタとしての光ファイバ４１と第３ミラーとしての第３ＦＢＧ４３とから構成された。しかし、本発明の光学部品は、第１ＦＢＧ３１を透過する複数のモードの光のうち基本モードを含む所定のモードまでの光を当該所定のモードより高次のモードの光よりも高い反射率で反射するかぎりにおいて、上記実施形態の光学部品４０に限定されない。例えば光ファイバ４１は特にフィルタとして機能せず、第３ミラーが、基本モードを含む所定のモードまでの光を当該所定のモードより高次のモードの光よりも高い反射率で反射するものとしても良い。例えば、第３ミラーがＦＢＧで構成され、当該ＦＢＧは、高屈折率部の屈折率がコアの中心で高くコアの外周でコアの中心よりも低くされるように構成される。基本モードの光のパワーはコアの中心ほど高くコアの外周度低い。また高次モードの光のパワーはコアの中心以外にも高くされる。従って、上記のようなＦＢＧが用いられることで、基本モードの光を高次モードの光よりも高い反射率で反射することができる。この高屈折率部の中で高い反射率とされる領域を調整することで、所定のモードまでの光をそれよりも高次のモードの光よりも高い反射率で反射することができる。

また、上記実施形態では、フィルタとして光ファイバ４１を用いたが、基本モードを含む所定のモードまでの光を透過し、当該所定のモードより高次のモードの光の透過を抑制するフィルタであれば光ファイバに限定はされない。

また、上記実施形態において、第１ミラー、第２ミラー、第３ミラーとして、第１ＦＢＧ３１、第２ＦＢＧ３２、第３ＦＢＧ４３を例に説明したが、第１ミラー、第２ミラー、第３ミラーは他の構成であっても良い。

本発明によれば、本発明のファイバレーザ装置は、ビーム品質が良くパワーの大きな光を出射することができ、レーザ加工分野、医療分野等の様々な産業において利用可能である。

１・・・ファイバレーザ装置
１０・・・励起光源
２０・・・増幅用光ファイバ
３１・・・第１ＦＢＧ（第１ミラー）
３２・・・第２ＦＢＧ（第２ミラー）
４０・・・光学部品
４１・・・光ファイバ
４３・・・第３ＦＢＧ（第３ミラー）

Claims (8)

1. 励起光を出射する励起光源と、
   前記励起光により励起される活性元素が添加され複数のモードの光を伝搬する増幅用光ファイバと、
   前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ前記増幅用光ファイバで増幅される光を１００％未満の反射率で反射する第１ミラーと、
   前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ前記第１ミラーが反射する光の波長帯域と少なくとも一部が同じ波長帯域の光を前記第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１ミラーを基準として前記増幅用光ファイバ側と反対側に設けられ、前記第１ミラーが反射する光の波長帯域と少なくとも一部が同じ波長帯域の光を反射する光学部品と、
   を備え、
   前記光学部品は、前記第１ミラーを透過する前記複数のモードの光のうち基本モードを含む所定のモードまでの光を当該所定のモードよりも高次のモードの光よりも高い反射率で反射する
   ことを特徴とするファイバレーザ装置。
2. 前記所定のモードの光は基本モードの光とされ前記高次のモードの光は２次ＬＰモード以上の光とされる
   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。
3. 前記光学部品はフィルタと前記フィルタを透過する光を反射する第３ミラーとを有し、
   前記フィルタは前記高次のモードの光の透過を抑制する
   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。
4. 前記フィルタは前記高次のモードの光の伝搬が抑制され前記所定のモードまでの光を伝搬する光ファイバとされる
   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。
5. 前記フィルタとされる前記光ファイバはシングルモードファイバとされる
   ことを特徴とする請求項４に記載のファイバレーザ装置。
6. 前記フィルタは曲げられることで前記高次のモードの光が損失される光ファイバとされる
   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。
7. 前記フィルタとされる前記光ファイバのコアの直径は前記増幅用光ファイバのコアの直径と等しい
   ことを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
8. 前記光学部品の光の反射率は前記第１ミラーの反射率よりも高い
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
   

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