JP6511235B2 - ファイバレーザ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、良好なビーム品質の光を出射することができるファイバレーザ装置に関する。
加工機等において使用されるファイバレーザ装置の一つとして、一対のＦＢＧ（Fiber Bragg Gratings）が増幅用光ファイバを挟んで配置される共振器型のファイバレーザ装置が知られている。
このようなファイバレーザ装置として、波長変換素子により、近赤外光の波長帯域を有する光を短波長側に変換することで、可視光の波長帯域を有する光を出射することが行われている。出射する光の波長変換を行う際、波長変換される前の光に多数のモードが存在すると、効率良く波長変換を行うことができない傾向があるため、波長変換素子に入射する光には出来るだけ基本モードの光のみが含まれて高次モードの光が含まれないことが望ましい。また、波長変換を行わない場合であっても、加工等において集光性に優れる光が求められるため、良好なビーム品質の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。
一方、ファイバレーザ装置の高出力化に伴い、パワーのより大きな光を伝搬する必要性が生じている。このため、増幅用光ファイバ等の光ファイバにシングルモードファイバよりもコアの直径が大きいマルチモードファイバを用いたいという要望がある。このようにマルチモードファイバを用いる場合であっても、基本モードの光が含まれて高次モードの光が低減された良好なビーム品質の光を出射させたいという要望がある。
このような要請に応えるため、本発明者は、下記特許文献１に記載の増幅用光ファイバ及びそれを用いたファイバレーザ装置を提案した。この増幅用光ファイバは、ＬＰ０１モードの光の強度がＬＰ０２モードの光及びＬＰ０３モードの光の少なくとも一方の強度よりも強いコアの領域において、活性元素がコアの中心部よりも高い濃度で添加されていることを特徴の一つとしている。この増幅用光ファイバでは、高次モードの光よりも基本モードの光が増幅される。従って、この増幅用光ファイバを用いたファイバレーザ装置によれば、良好なビーム品質の光を出射することができる。
しかし、上記のように活性元素が添加される領域が偏在している増幅用光ファイバを用いずとも、良好なビーム品質の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。
そこで、本発明は、良好なビーム品質の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、励起状態で光を放出する活性元素がコアに添加された増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一方側に配置される光ファイバのコアに形成され、前記活性元素が放出する光の少なくとも一部を反射する第１ＦＢＧと、前記増幅用光ファイバの他方側に配置される光ファイバのコアに形成され、前記第１ＦＢＧが反射する光を前記第１ＦＢＧよりも低い反射率で反射する第２ＦＢＧと、を備え、前記第１ＦＢＧが反射する基本モードの光の波長と前記第２ＦＢＧが反射する基本モードの光の波長は互いに一致し、前記第１ＦＢＧが反射する高次モードの光の波長と前記第２ＦＢＧが反射する高次モードの光の波長は互いに不一致とされることを特徴とするものである。
基本モードの光はコアの長手方向に沿って直進するが、高次モードの光はコアの側面で反射しながらコアの長手方向に対して斜めに伝搬する。従って、コア内を伝搬する基本モードの光と高次モードの光とでは、コアを長手方向に沿って伝搬する速度が異なる。このことは基本モードの光と高次モードの光とで波長が異なることを意味する。ここで、上記ファイバレーザ装置では、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとで、基本モードの光の反射波長が互いに一致する。このため、基本モードの光は、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間を共振して、増幅用光ファイバの活性元素の誘導放出により増幅される。一方、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとでは、高次モードの光の反射波長が互いに不一致とされる。従って、高次モードの光が第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間で共振することが抑制される。従って、高次モードの光の増幅が抑制される。こうして、基本モードの光が増幅されて出射し、出射する高次モードの光は増幅が抑制されているため、本発明のファイバレーザ装置によれば、出射する光のビーム品質を良好とすることができる。
また、上記のファイバレーザ装置において、前記第１ＦＢＧは前記第１ＦＢＧが形成されるコアの屈折率よりも高い屈折率を有する複数の高屈折率部が所定間隔で形成されて成り、前記第２ＦＢＧは前記第２ＦＢＧが形成されるコアの屈折率よりも高い屈折率を有する複数の高屈折率部が所定間隔で形成されて成り、前記第１ＦＢＧ及び前記第２ＦＢＧの少なくとも一方のそれぞれの前記高屈折率部において、コアの長手方向に垂直な断面での屈折率が不均一とされることが好ましい。
第１ＦＢＧ及び第２ＦＢＧにおけるそれぞれの高屈折率部のコアの長手方向に垂直な断面における屈折率が均一な場合、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとで基本モードの光の反射波長を互いに一致させると、高次モードの光の反射波長も互いに一致する。本発明者は、ＦＢＧを形成する高屈折率部のコアに垂直な断面における屈折率が不均一とされることで、基本モードの光の反射波長と高次モードの光の反射波長とを個別に調整することができることを見出した。そこで、上記のように第１ＦＢＧ及び第２ＦＢＧの少なくとも一方のそれぞれの高屈折率部の断面における屈折率を不均一とする。この場合、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとで基本モードの光の反射波長を互いに一致させることで、高次モードの光の反射波長を互いに不一致とすることができる。
この場合、屈折率が不均一とされる前記高屈折率部において、コアの長手方向に垂直な断面での中心から所定の範囲内となる中心領域の屈折率が前記中心領域の外側となる外周領域の屈折率よりも高いことが好ましい。
基本モードの光はコアの中心にのみ光の強度のピークが位置するのに対して、高次モードはコアの中心以外にも光の強度のピークが位置する。従って、高屈折率部の屈折率分布を上記のようにして、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとで基本モードの光の反射波長を一致させることで、基本モードの光の損失を小さくすることができ、効果的に共振及び増幅させることができ、より良好なビーム品質の光を出射することができる。
さらにこの場合、前記外周領域の屈折率は、当該外周領域が形成される高屈折率部で挟まれるコア部分の屈折率と同等とされることとしても良い。
高屈折率部における外周領域の屈折率が、コアの高屈折率部以外の部分と同等されることで、高次モードの光の損失をより大きくすることができる。従って、より良好なビーム品質の光を出射することができる。
また、前記第１ＦＢＧのそれぞれの前記高屈折率部において、コアの長手方向に垂直な断面での屈折率が均一とされ、前記第２ＦＢＧのそれぞれの前記高屈折率部において、コアの長手方向に垂直な断面での屈折率が不均一とされることが好ましい。
第２ＦＢＧは、第１ＦＢＧよりも低い反射率とされることから、第２ＦＢＧ側が光の出射側である。従って、第１ＦＢＧの高屈折率部の屈折率分布が面内で均一とされることで、第１ＦＢＧにおける基本モードの光の損失を抑えることができる。
以上のように、本発明によれば、良好なビーム品質の光を出射することができるファイバレーザ装置が提供される。
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。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。
図１は、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１に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置１は、増幅用光ファイバ１０と、励起光源２０と、第１光ファイバ３０と、第１光ファイバ３０に設けられる第１ＦＢＧ３５と、第２光ファイバ４０と、第２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。
図２は、図１に示す増幅用光ファイバ１０の断面の構造を示す断面図である。図２に示すように増幅用光ファイバ１０は、コア１１と、コア１１の外周面を隙間なく囲む内側クラッド１２と、内側クラッド１２の外周面を被覆する外側クラッド１３と、外側クラッド１３を被覆する被覆層１４とを主な構成として備え、いわゆるダブルクラッド構造とされている。内側クラッド１２の屈折率はコア１１の屈折率よりも低く、外側クラッド１３の屈折率は内側クラッド１２の屈折率よりも低くされている。
このため、コア１１は、例えば屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントが添加された石英から成り、この場合内側クラッド１２は、例えば、何らドーパントが添加されない石英や屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等の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１３は、樹脂または石英から成り、樹脂としては例えば紫外線硬化樹脂が挙げられ、石英としては例えば内側クラッド１２よりもさらに屈折率が低くなるように屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英が挙げられる。また、被覆層１４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、外側クラッド１３が樹脂の場合、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とされる。
また、コア１１には上記のドーパントの他に励起光源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ている。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、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）等を挙げることができる。
また、増幅用光ファイバ１０は、マルチモードファイバであり、コア１１を基本モードの光の他に２次ＬＰモード以上の高次モードの光が伝搬する。
励起光源２０は、複数のレーザダイオード２１から構成される。本実施形態では、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、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１は光ファイバ２５に接続されており、レーザダイオード２１から出射する励起光は光ファイバ２５を例えばマルチモード光として伝播する。
それぞれの光ファイバ２５は光コンバイナ５０において、増幅用光ファイバ１０の一端に接続されている。具体的には、それぞれの光ファイバ２５のコアが増幅用光ファイバ１０の内側クラッド１２と光学的に結合するように、それぞれの光ファイバ２５のコアと増幅用光ファイバ１０の内側クラッド１２とが接続されている。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、光ファイバ２５を介して増幅用光ファイバ１０の内側クラッド１２に入射して、内側クラッド１２を主に伝搬する。
図３は、第１光ファイバ３０の様子を示す図である。第１光ファイバ３０は、活性元素が添加されていないコア３１と、このコア３１の外周面を隙間なく囲むクラッド３２とを主な構成として備える。第１光ファイバ３０は、光コンバイナ５０において、光ファイバ２５と共に増幅用光ファイバ１０の一端に接続されている。具体的には、増幅用光ファイバ１０のコア１１に第１光ファイバ３０のコア３１が光学的に結合するように、増幅用光ファイバ１０のコア１１と第１光ファイバ３０のコア３１とが接続されている。第１光ファイバ３０は、マルチモードファイバであり、増幅用光ファイバ１０のコア１１が伝搬する光と同様の光を伝搬する。従って、増幅用光ファイバ１０のコア１１を伝搬するマルチモードの光は、マルチモードのまま第１光ファイバ３０のコア３１を伝搬する。
また、第１光ファイバ３０のコア３１には、第１ＦＢＧ３５が設けられている。こうして、第１ＦＢＧ３５は増幅用光ファイバ１０の一方側に配置され、増幅用光ファイバ１０のコア１１と光学的に結合する。第１ＦＢＧ３５は、コア３１の第１ＦＢＧ３５以外の部分よりも屈折率が高い高屈折率部３６と、コア３１の第１ＦＢＧ３５以外の部分と同様の屈折率である低屈折率部３７とが、コア３１の長手方向に沿って周期的に繰り返されている。従って、低屈折率部３７であるコア部分は、高屈折率部３６で挟まれている。第１ＦＢＧ３５は、励起状態とされた増幅用光ファイバ１０の活性元素が放出する光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。また、第１ＦＢＧ３５の反射率は、後述の第２ＦＢＧ４５の反射率よりも高く、活性元素が放出する光うち所望の波長の光を例えば９９％以上で反射する。
図４は、第１光ファイバ３０の高屈折率部３６を通り第１光ファイバ３０の長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。具体的には、図４（Ａ）は当該断面における第１光ファイバ３０の構成を示し、図４（Ｂ）は当該断面における第１光ファイバ３０の屈折率分布を示す。図４に示すように、第１ＦＢＧ３５の高屈折率部３６におけるコア３１の径方向での屈折率分布は均一とされる。一般にＦＢＧの高屈折率部は、高屈折率部となる部位に紫外線等の光が照射されて形成される。従って、コア３１にはゲルマニウム等の感光性（光が照射されることで屈折率が変化する性質）の元素が添加されており、当該元素が反応する紫外線等の光が高屈折率部３６となる部位に第１光ファイバ３０の側面側から照射されて、高屈折率部３６は形成される。上記のように高屈折率部３６はコア３１の径方向で均一の屈折率であるため、第１光ファイバ３０のコア３１には、感光性の元素が一定の濃度で添加されている。なお、図４（Ｂ）には、低屈折率部３７の屈折率が点線で示されている。
ところで、コアを伝搬する光のうち、基本モードの光はコアの長手方向に沿って直進するが、高次モードの光はコアの側面で反射しながらコアの長手方向に対して斜めに伝搬する。従って、コアを伝搬する基本モードの光と高次モードの光とでは、コアを長手方向に沿って伝搬する速度が異なる。このことは基本モードの光と高次モードの光とで波長が異なることを意味する。
そこで、本実施形態においては、第１ＦＢＧ３５では、例えば、基本モードの光の反射波長が１０６３．７ｎｍとされ、２次ＬＰモードの光の反射波長が１０６２．６ｎｍとされ、３次ＬＰモードの光の反射波長が１０６１．０ｎｍとされ、４次ＬＰモードの光の反射波長が１０６０．９ｎｍとされる。
なお、第１光ファイバ３０の増幅用光ファイバ１０と接続される側と反対側には、光を熱に変換する終端部３８が設けられている。
図５は、第２光ファイバ４０の様子を示す図である。第２光ファイバ４０は、活性元素が添加されていないコア４１と、このコア４１の外周面を隙間なく囲むクラッド４２とを主な構成として備える。第２光ファイバ４０は、第１光ファイバと同様にマルチモードファイバであり、増幅用光ファイバ１０のコア１１が伝搬する光と同様の光を伝搬する。第２光ファイバ４０は、増幅用光ファイバ１０の他端において、増幅用光ファイバ１０のコア１１と第２光ファイバ４０のコア４１とが光学的に結合するように接続される。従って、増幅用光ファイバ１０のコア１１を伝搬するマルチモードの光は、マルチモードのまま第２光ファイバ３０のコア３１を伝搬する。
また、第２光ファイバ４０のコア４１には、第２ＦＢＧ４５が設けられている。こうして、第２ＦＢＧ４５は増幅用光ファイバ１０の他方側に配置され、増幅用光ファイバ１０のコア１１と光学的に結合する。第２ＦＢＧ４５は、コア４１の第２ＦＢＧ４５以外の部分よりも屈折率が高い高屈折率部４６と、コア４１の第２ＦＢＧ４５以外の部分と同様の屈折率である低屈折率部４７とが、コア４１の長手方向に沿って周期的に繰り返されている。従って、低屈折率部４７であるコア部分は、高屈折率部４６で挟まれている。第２ＦＢＧ４５は、第１ＦＢＧ３５が反射する光の一部を第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。こうして、第１ＦＢＧ３５と増幅用光ファイバ１０と第２ＦＢＧ４５とで、共振器が形成されている。
図６は、第２光ファイバ４０の高屈折率部４６を通り第２光ファイバ４０の長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。具体的には、図６（Ａ）は当該断面における第２光ファイバ４０の構成を示し、図６（Ｂ）は当該断面における第２光ファイバ４０の屈折率分布を示す。図６（Ａ）に示すように、第２光ファイバ４０のコア４１は、コア４１の中心を含む中心領域４１ｃと中心領域４１ｃを囲みコア４１の最外周部分を含む外周領域４１ｏとをとから成る。特に図示しないが、中心領域４１ｃ及び外周領域４１ｏの屈折率は、共にクラッド４２の屈折率よりも高くされる。また、本実施形態では、第２ＦＢＧ４５の高屈折率部４６を除き、中心領域４１ｃの屈折率は外周領域４１ｏの屈折率と同等されている。ただし、中心領域４１ｃの屈折率が外周領域４１ｏの屈折率よりも高くされても良く、中心領域４１ｃの屈折率が外周領域４１ｏの屈折率よりも低くされても良い。
また、図６（Ｂ）に示すように、第２ＦＢＧ４５の高屈折率部４６においては、コア４１の長手方向に垂直な断面において屈折率が不均一とされる。本実施形態では、中心領域４１ｃの屈折率が外周領域４１ｏの屈折率よりも高くされている。なお、図６（Ｂ）では、図４（Ｂ）で低屈折率部３７の屈折率が示されるのと同様にして、低屈折率部４７の屈折率が点線で示されている。図６（Ｂ）から理解できるとおり、本実施形態の高屈折率部４６における外周領域４１ｏの屈折率は、低屈折率部４７の屈折率と同等とされる。ただし、外周領域４１ｏの屈折率は、低屈折率部４７の屈折率よりも高くされても良い。このような高屈折率部４６の屈折率分布を得るには次の様にすればよい。つまり、コア４１の中心領域４１ｃには、ゲルマニウム等の感光性の高い元素が添加され、コア４１の外周領域４１ｏには、リンやアルミニウムのように感光性を示さない或いは感光性の低い元素が添加される。そして、高屈折率部４６となる部位に添加される元素が反応する紫外線等の光が第２光ファイバ４０の側面側から照射される。こうして図６（Ｂ）に示す中心領域４１ｃの屈折率が外周領域４１ｏの屈折率よりも高くされた高屈折率部４６を得ることができる。
このような屈折率分布の高屈折率部４６を有する第２ＦＢＧ４５では、基本モードの光の反射波長が第１ＦＢＧ３５の基本モードの光の反射波長と一致するものとされ、高次モードの光の反射波長が第１ＦＢＧ３５の高次モードの光の反射波長と不一致とされる。そこで、本実施形態においては、第２ＦＢＧ４５での基本モードの反射波長は１０６３．７ｎｍとされ、２次ＬＰモードの光の反射波長が１０６２．０ｎｍとされ、３次ＬＰモードの光の反射波長が１０６１．８ｎｍとされ、４次ＬＰモードの光の反射波長が１０６１．４ｎｍとされる。
本実施形態と異なり、第２ＦＢＧ４５の高屈折率部４６の屈折率が、第１ＦＢＧ３５の高屈折率部３６のようにコア４１の径方向で一定の場合、第２ＦＢＧ４５での基本モードの光の反射波長を第１ＦＢＧ３５での基本モードの光の反射波長と一致させると、第２ＦＢＧ４５での高次モードの光の反射波長も第１ＦＢＧ３５での高次モードの光の反射波長と一致してしまう。しかし、本実施形態では、第２ＦＢＧ４５の高屈折率部４６の屈折率が、コア４１の径方向で不均一とされることで、上記のように、第２ＦＢＧ４５において、基本モードの光の反射波長を第１ＦＢＧ３５での基本モードの反射波長と一致させつつも、高次モードの光の反射波長を第１ＦＢＧ３５での高次モードの反射波長と不一致としている。
また基本モードの光はコアの中心で光の強度のピークが位置し、高次モードはコアの中心以外にも光の強度のピークが位置する。従って、第２ＦＢＧ４５の高屈折率部４６における屈折率分布を上記のようにすることで、第２ＦＢＧ４５における基本モードの光の損失を高次モードの光よりも小さくすることができる。特に本実施形態では、上記のように、外周領域４１ｏの屈折率が、低屈折率部４７の屈折率と同等とされる。従って、外周領域４１ｏの屈折率が低屈折率部４７の屈折率と異なる場合と比べて、第２ＦＢＧ４５において基本モードの光よりも高次モードの光の損失をより大きくすることができる。
次に、ファイバレーザ装置１の光学的な動作について説明する。
まず、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から励起光が出射される。この励起光は光ファイバ２５を介して、増幅用光ファイバ１０の内側クラッド１２に入射して、主に内側クラッド１２を伝搬する。内側クラッド１２を伝搬する励起光は、コア１１を通過する際にコア１１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が、第１ＦＢＧ３５と第２ＦＢＧ４５との間を共振する。共振する光が増幅用光ファイバ１０のコア１１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２ＦＢＧ４５を透過して、第２光ファイバ４０から出射する。そして、第１ＦＢＧ３５と増幅用光ファイバ１０と第２ＦＢＧ４５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光ファイバ４０から一定のパワーの光が出射する。
ところで、第１ＦＢＧ３５には、基本モードの光の他、第２ＬＰモード以上となる高次モードの光が入射する。第１ＦＢＧ３５の基本モードの光及び高次モードの光の反射波長が上記の通りであれば、第１ＦＢＧ３５では、中心波長が１０６３．７ｎｍの基本モードの光、及び、中心波長が１０６２．６ｎｍの２次ＬＰモードの光、及び、中心波長が１０６１．０ｎｍの３次ＬＰモードの光、及び、中心波長が１０６０．９ｎｍの４次ＬＰモードの光が反射する。一方、上記のように、第２ＦＢＧ４５の基本モードの光及び高次モードの光の反射波長が上記の通りであれば、第２ＦＢＧ４５では、中心波長が１０６３．７ｎｍの基本モードの光、及び、中心波長が１０６２．０ｎｍの２次ＬＰモードの光、及び、中心波長が１０６１．８ｎｍの３次ＬＰモードの光、及び、中心波長が１０６１．４ｎｍの４次ＬＰモードの光が反射する。従って、第２ＦＢＧ４５では、基本モード光の反射波長が第１ＦＢＧ３５の基本モードの光の反射波長と一致するが、高次モード光の反射波長が第１ＦＢＧ３５の高次モードの光の反射波長と不一致とされる。このため、第１ＦＢＧ３５で反射して第２ＦＢＧ４５に入射する光のうち、基本モードの光は第１ＦＢＧ３５よりも低い反射率で第２ＦＢＧ４５により反射される。しかし、第１ＦＢＧ３５で反射して第２ＦＢＧ４５に入射する光のうち、高次モードの光は、第２ＦＢＧ４５での反射が抑制され、第２ＦＢＧ４５を透過する。
こうして第１ＦＢＧ３５と第２ＦＢＧ４５とで共通して反射し共振する光は主に基本モードの光とされ、増幅用光ファイバ１０では主に基本モードの光が増幅する。このため、第２光ファイバからは、主に基本モードの光が出射する。
なお、増幅用光ファイバ１０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。
以上説明したように、本実施形態のファイバレーザ装置によれば、第１ＦＢＧ３５と第２ＦＢＧ４５とで、基本モードの光の反射波長が互いに一致する。一方、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとでは、高次モードの光の反射波長が互いに不一致とされる。従って、高次モードの光が増幅されることが抑制され、基本モードの光が増幅されて出射するため、本発明のファイバレーザ装置１によれば、出射する光のビーム品質を良好とすることができる。
また、本実施形態では、第１ＦＢＧ３５の高屈折率部３６がコア３１の径方向で一定の屈折率とされるのに対して、光の出射側ＦＢＧである第２ＦＢＧ４５の高屈折率部４６がコア４１の径方向で不均一な屈折率とされる。従って、第１ＦＢＧ３５側での光の損失を抑制して、高次モードの光の反射波長を第１ＦＢＧ３５と第２ＦＢＧ４５とで不一致とさせることができる。
以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明のファイバレーザ装置は、第１ＦＢＧ３５が反射する基本モードの光の波長と第２ＦＢＧ４５が反射する基本モードの光の波長は互いに一致し、第１ＦＢＧ３５が反射する高次モードの光の波長と第２ＦＢＧ４５が反射する高次モードの光の波長は互いに不一致とされる限りにおいて、適宜変形することができる。
例えば、上記実施形態では、第１ＦＢＧ３５の高屈折率部３６の屈折率はコア３１の長手方向に垂直な断面において均一とされ、第２ＦＢＧ４５の高屈折率部４６の屈折率がコア４１の長手方向に垂直な断面において不均一とされた。しかし、第１ＦＢＧ３５の高屈折率部３６の屈折率が、コア３１の長手方向に垂直な断面において不均一とされても良い。この場合、高屈折率部３６の屈折率分布は、高屈折率部４６の屈折率分布のように、コア３１の長手方向に垂直な断面において中心から所定の範囲内となる中心領域の屈折率が当該中心領域の外側となる外周領域の屈折率よりも高い構成とされても良い。そして、この場合、高屈折率部３６の外周領域の屈折率が第１ＦＢＧ３５の低屈折率部３７の屈折率と同等とされても良い。このように第１ＦＢＧ３５の高屈折率部３６の屈折率が、コア３１の長手方向に垂直な断面において不均一とされる場合、第２ＦＢＧ４５の高屈折率部４６の屈折率は、コア４１の長手方向に垂直な断面において均一とされても良い。この場合であっても、第２ＦＢＧ４５の光の反射率は第１ＦＢＧ３５の光の反射率よりも低くされる。ただし、光の損失を抑制し効率よく光を出射する観点から、第１ＦＢＧ３５の高屈折率部３６の屈折率はコア３１の長手方向に垂直な断面において均一とされて、上記実施形態の様な反射率とされることが好ましい。
また、上記実施形態では、第２ＦＢＧ４５の高屈折率部４６の中心領域４１ｃの屈折率が外周領域４１ｏの屈折率よりも高くされ、外周領域４１ｏの屈折率が低屈折率部４７の屈折率と同等とされた。しかし、第２ＦＢＧ４５の高屈折率部４６の屈折率がコア４１の長手方向に垂直な断面において不均一とされる場合、第２ＦＢＧ４５の高屈折率部４６の屈折率分布は、上記実施形態と異なっていても良い。例えば、外周領域４１ｏの屈折率が、中心領域４１ｃの屈折率と低屈折率部４７の屈折率との間の屈折率とされても良い。また、高屈折率部４６の屈折率は、コア４１の中心で最も高く、コア４１の外周側に進むほど徐々に低くなることとしても良い。また、高屈折率部４６における最も屈折率の高い部位がコア４１の中心に位置しなくても良い。このような高屈折率部４６の屈折率分布の変形例は、第１ＦＢＧ３５の高屈折率部３６がコア３１の長手方向に垂直な断面において不均一とされる場合にも適用可能である。
また、励起光が増幅用光ファイバ１０に入射する位置は、特に限定されない。また、第１光ファイバ３０のコア３１、第２光ファイバ４０のコア４１に活性元素が添加されていても良い。
以上説明したように、本発明によれば、本発明は、良好なビーム品質の光を出射することができるファイバレーザ装置が提供され、加工用のファイバレーザ装置等においての利用が期待される。
１・・・ファイバレーザ装置
１０・・・増幅用光ファイバ
１１・・・コア
１２・・・内側クラッド
１３・・・外側クラッド
２０・・・励起光源
３０・・・第１光ファイバ
３１・・・コア
３５・・・第１ＦＢＧ
３６・・・高屈折率部
３７・・・低屈折率部
４０・・・第２光ファイバ
４１・・・コア
４１ｃ・・・中心領域
４１ｏ・・・外周領域
４５・・・第２ＦＢＧ
４６・・・高屈折率部
４７・・・低屈折率部
１０・・・増幅用光ファイバ
１１・・・コア
１２・・・内側クラッド
１３・・・外側クラッド
２０・・・励起光源
３０・・・第１光ファイバ
３１・・・コア
３５・・・第１ＦＢＧ
３６・・・高屈折率部
３７・・・低屈折率部
４０・・・第２光ファイバ
４１・・・コア
４１ｃ・・・中心領域
４１ｏ・・・外周領域
４５・・・第２ＦＢＧ
４６・・・高屈折率部
４７・・・低屈折率部
Claims (4)
- 励起状態で光を放出する活性元素がコアに添加された増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの一方側に配置される光ファイバのコアに形成され、前記活性元素が放出する光の少なくとも一部を反射する第１ＦＢＧと、
前記増幅用光ファイバの他方側に配置される光ファイバのコアに形成され、前記第１ＦＢＧが反射する光を前記第１ＦＢＧよりも低い反射率で反射する第２ＦＢＧと、
を備え、
前記第１ＦＢＧは前記第１ＦＢＧが形成されるコアの屈折率よりも高い屈折率を有する複数の高屈折率部が所定間隔で形成されて成り、前記第２ＦＢＧは前記第２ＦＢＧが形成されるコアの屈折率よりも高い屈折率を有する複数の高屈折率部が所定間隔で形成されて成り、
前記第１ＦＢＧが反射する基本モードの光の波長と前記第２ＦＢＧが反射する基本モードの光の波長は互いに一致し、前記第１ＦＢＧが反射する高次モードの光の波長と前記第２ＦＢＧが反射する高次モードの光の波長は互いに不一致とされるように、前記第１ＦＢＧ及び前記第２ＦＢＧの少なくとも一方におけるそれぞれの前記高屈折率部において、コアの長手方向に垂直な断面での屈折率が不均一とされる
ことを特徴とするファイバレーザ装置。 - 屈折率が不均一とされる前記高屈折率部において、コアの長手方向に垂直な断面での中心から所定の範囲内となる中心領域の屈折率が前記中心領域の外側となる外周領域の屈折率よりも高い
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。 - 前記外周領域の屈折率は、当該外周領域が形成される高屈折率部で挟まれるコア部分の屈折率と同等とされる
ことを特徴とする請求項２に記載のファイバレーザ装置。 - 前記第１ＦＢＧのそれぞれの前記高屈折率部において、コアの長手方向に垂直な断面での屈折率が均一とされ、
前記第２ＦＢＧのそれぞれの前記高屈折率部において、コアの長手方向に垂直な断面での屈折率が不均一とされる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
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