WO2012165389A1 - レーザ装置および加工装置 - Google Patents

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WO2012165389A1
WO2012165389A1 PCT/JP2012/063668 JP2012063668W WO2012165389A1 WO 2012165389 A1 WO2012165389 A1 WO 2012165389A1 JP 2012063668 W JP2012063668 W JP 2012063668W WO 2012165389 A1 WO2012165389 A1 WO 2012165389A1
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optical fiber
laser
light
output
optical
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孝介 柏木
敬介 富永
藤崎　晃
江森　芳博
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古河電気工業株式会社
株式会社小松製作所
コマツＮｔｃ株式会社
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
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    • H01S3/0675—Resonators including a grating structure, e.g. distributed Bragg reflectors [DBR] or distributed feedback [DFB] fibre lasers
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • H01S3/302—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in an optical fibre
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    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
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    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06754—Fibre amplifiers
    • H01S3/06758—Tandem amplifiers

Definitions

  • the present invention relates to a laser apparatus using an optical fiber laser and a processing apparatus using the same.
  • Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 disclose high-power optical fiber lasers.
  • Patent Document 2 discloses an optical fiber laser that outputs a high-power and high-quality laser beam.
  • Such high-power optical fiber lasers are applied not only to optical communication applications, but also to laser devices for laser processing, for example. There is a need for higher power laser devices in various applications.
  • This invention is made in view of the above, Comprising: It aims at providing a high output laser apparatus and a processing apparatus using the same.
  • a laser device is compared with an optical fiber laser that outputs laser light and an optical fiber located at the output-side final stage of the optical fiber laser.
  • a processing optical fiber which is a multimode optical fiber, which propagates and outputs the laser light output from the optical fiber laser, having a large core diameter and a same or larger numerical aperture.
  • the optical fiber laser outputs laser light of a fundamental mode
  • an optical fiber located at the output-side final stage of the optical fiber laser is an optical output end of the process optical fiber.
  • the ratio of the sum of the power of the Raman scattered light to the sum of the power of the laser light has a length which is equal to or less than a boundary value at which the power of the light rapidly increases.
  • the laser apparatus according to the present invention is characterized in that the boundary value is in the range of ⁇ 20 dB to ⁇ 40 dB.
  • an output single-mode optical fiber located at the output final stage of the optical fiber laser is connected to the process optical fiber so as to mainly excite the base mode of the process optical fiber It is characterized by
  • the laser apparatus according to the present invention is characterized in that the output-side single mode optical fiber and the process optical fiber are fusion-spliced so that the central axes of their cores coincide with each other.
  • the laser device according to the present invention is characterized in that the core of the output-side single mode optical fiber has a tapered portion which is expanded toward the process optical fiber at the fusion spliced portion.
  • the laser apparatus according to the present invention is characterized in that the output-side single mode optical fiber is connected to the process optical fiber so as to mainly excite high-order modes of the process optical fiber.
  • the laser apparatus according to the present invention is characterized in that the output-side single mode optical fiber and the process optical fiber are fusion-spliced with the central axes of their cores shifted from each other.
  • the laser apparatus according to the present invention is characterized in that the output-side single mode optical fiber and the process optical fiber are optically coupled by a space optical system.
  • the laser apparatus according to the present invention is characterized in that the optical fiber laser outputs multimode laser light.
  • the laser apparatus according to the present invention is characterized in that the output side multimode optical fiber and the process optical fiber are fusion-spliced so that the central axes of their cores coincide with each other.
  • the laser apparatus according to the present invention is characterized in that the core of the output-side multimode optical fiber is tapered so as to expand in diameter toward the process optical fiber at the fusion splice.
  • the laser apparatus according to the present invention is characterized in that the output-side multimode optical fiber and the process optical fiber are fusion-spliced with the central axes of the cores shifted from each other.
  • the laser apparatus according to the present invention is characterized in that the output-side multimode optical fiber and the process optical fiber are optically coupled by a space optical system.
  • a laser apparatus comprises: a plurality of the optical fiber lasers that output laser light in a fundamental mode; an optical multiplexer that multiplexes the laser beams that the plurality of optical fiber lasers output; and the plurality of optical fibers And a Raman scattered light suppression unit disposed between the laser and the optical multiplexer for suppressing the Raman scattered light to be input to the optical multiplexer, and in the process optical fiber, the optical multiplexer is a multiplexer.
  • the laser beam is propagated in a multimode.
  • the Raman scattering light suppression unit includes an optical fiber positioned at the output-side final stage of the optical fiber laser, and the delivery optical fiber propagates the laser light to the optical multiplexer in a single mode.
  • the delivery optical fiber is below the boundary value at which the ratio of the sum of the Raman scattered light power to the sum of the laser light power at the light output end of the process optical fiber increases sharply It is characterized by having a length.
  • the laser device is characterized in that the Raman scattering light suppression unit includes a light attenuation filter for attenuating the Raman scattering light, which is inserted in a delivery optical fiber for causing the laser light to propagate to the optical multiplexer. I assume.
  • the ratio of the sum of the power of Raman scattered light at the light output end of the output optical fiber to the sum of the power of the laser light is stimulated Raman scattering. It is characterized by having a transmission characteristic which is equal to or less than the boundary value which occurs.
  • the laser apparatus is characterized in that the light attenuation filter is an optical band pass filter including a wavelength of the laser light in a transmission band and a wavelength of the Raman scattered light in a stop band.
  • the light attenuation filter is an optical band pass filter including a wavelength of the laser light in a transmission band and a wavelength of the Raman scattered light in a stop band.
  • the laser apparatus according to the present invention is characterized in that the boundary value is in the range of ⁇ 20 dB to ⁇ 40 dB.
  • a laser apparatus comprises: a plurality of the optical fiber lasers that output laser light in a fundamental mode; and an optical multiplexer that multiplexes the laser lights that the plurality of optical fiber lasers output.
  • the optical fiber laser according to at least one of the foregoing aspects is characterized in that the amplification optical fiber is configured to suppress the Raman scattered light input to the optical multiplexer.
  • the length of the amplification optical fiber of the at least one optical fiber laser is equal to the sum of the power of Raman scattered light at the light output end of the output optical fiber and the power of the laser light. It is characterized in that the ratio to the total value is configured to be less than or equal to the rapidly increasing boundary value.
  • the laser apparatus according to the present invention is characterized in that the boundary value is in the range of ⁇ 20 dB to ⁇ 40 dB.
  • the laser apparatus according to the present invention is characterized in that the at least one optical fiber laser has a bidirectional excitation configuration.
  • the optical fiber laser has a photodetector for detecting the intensity of the Raman scattered light returned to the optical fiber laser, and the intensity of the Raman scattered light detected by the photodetector is obtained.
  • the control device is further provided with a control device that controls the operation of the laser device.
  • a processing apparatus includes the laser apparatus according to the above-mentioned invention, and an optical system for guiding the laser light output from the laser apparatus to a processing target.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a specific configuration diagram of the single mode optical fiber laser shown in FIG.
  • FIG. 3 is a view showing details of example 1 of the fusion splice shown in FIG.
  • FIG. 4 is a view showing details of example 2 of the fusion splice shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing output light spectra of Example 1 and Comparative Example 1.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a processing apparatus according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a view showing a photograph of a cut surface of a stainless steel plate by a processing device.
  • FIG. 8 is a view showing the details of example 3 of the fusion splice shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a specific configuration diagram of the single mode optical fiber laser shown in FIG.
  • FIG. 3 is a view showing details of example
  • FIG. 9 is a view showing the details of Example 4 of the fusion splice shown in FIG.
  • FIG. 10 is a view showing the details of example 5 of the fusion splice shown in FIG.
  • FIG. 11 is a view showing the details of Example 6 of the fusion splice shown in FIG.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a laser device according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the beam input state in the spatial coupling unit.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the beam input state in the spatial coupling unit.
  • FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a laser device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 16 is a view showing the details of example 1 of the fusion splice shown in FIG. FIG.
  • FIG. 17 is a view showing the details of example 2 of the fusion splice shown in FIG.
  • FIG. 18 is a view showing details of example 3 of the fusion splice shown in FIG.
  • FIG. 19 is a diagram showing the details of example 4 of the fusion splice shown in FIG.
  • FIG. 20 is a view showing the details of example 5 of the fusion splice shown in FIG.
  • FIG. 21 is a view showing the details of example 6 of the fusion splice shown in FIG.
  • FIG. 22 is a schematic configuration diagram of a laser device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 23 is a block diagram showing another configuration of the optical fiber laser.
  • FIG. 24 is a block diagram showing still another configuration of the optical fiber laser.
  • FIG. 23 is a block diagram showing another configuration of the optical fiber laser.
  • FIG. 25 is a schematic configuration diagram of a laser device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 26 is a specific configuration diagram of the optical fiber laser shown in FIG.
  • FIG. 27 is a schematic configuration diagram of a laser apparatus according to a comparative embodiment.
  • FIG. 28 is a diagram for explaining the difference between a delivery optical fiber of a laser device according to the sixth embodiment and a delivery optical fiber of a laser device according to a comparative embodiment.
  • FIG. 29 is a diagram showing the relationship between the output light power of the laser device according to the comparative embodiment, the SRS / Signal ratio, and the power of return light.
  • FIG. 30 is a diagram showing a change in the output light spectrum of the laser device according to the comparative embodiment.
  • FIG. 31 is a diagram showing an output light spectrum of the laser device according to the comparative embodiment.
  • FIG. 32 is a diagram showing an output light spectrum of the laser device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 33 is a diagram showing a change of an output light spectrum of the laser device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 34 is a diagram showing the relationship between the output light power and the return light power of the laser devices according to Embodiment 6 and the comparative embodiment.
  • FIG. 35 is a diagram showing the relationship between the output light power and the SRS / Signal ratio of the laser devices according to Embodiment 6 and the comparative embodiment.
  • FIG. 36 is a diagram showing the relationship between the SRS / Signal ratio and the power of return light of the laser devices according to Embodiment 6 and the comparative embodiment.
  • FIG. 37 is a diagram showing the configuration of a laser device provided with a control device.
  • FIG. 38 is a diagram showing the configuration of the optical fiber laser shown in FIG.
  • FIG. 39 is a diagram showing a change in output light power of the laser device when the number of optical fiber lasers is increased or decreased in the configuration of the laser device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 40 is a diagram showing another example of the output light spectrum of the laser device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 41 is a schematic configuration diagram of a laser device according to a seventh embodiment.
  • FIG. 42 is a specific configuration diagram of the optical fiber laser used in the laser device according to the eighth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser device according to the first embodiment.
  • the laser device 100 includes a single mode optical fiber laser 110, a multimode optical fiber 120, and an optical connector 130.
  • the single mode optical fiber laser 110 outputs a single mode laser beam which is a fundamental mode.
  • the single mode means the horizontal single mode.
  • a multimode optical fiber 120 which is a process optical fiber, is fusion-spliced to an output side single mode optical fiber 110a located at the output side final stage of the single mode optical fiber laser 110.
  • the symbol "x" in the figure indicates the fusion spliced portion C1 of the optical fibers.
  • the core diameter of the multimode optical fiber 120 is, for example, 50 ⁇ m, the numerical aperture (NA) is, for example, 0.2, and the length is, for example, 1 m or more.
  • the core diameter of the output-side single mode optical fiber 110a is, for example, 11 ⁇ m, and the NA is, for example, 0.07. That is, the multimode optical fiber 120 has a core diameter and an NA larger than those of the output-side single mode optical fiber 110a.
  • the optical connector 130 outputs the single mode optical fiber laser 110 and the laser light propagated by the multimode optical fiber 120 as the output light L100.
  • the light emitting end face of the optical connector 130 is perpendicular to the optical axis of the multimode optical fiber 120, and AR (Anti-Reflection) coating is applied so that the reflectance is, for example, about 0.5% or less.
  • FIG. 2 is a specific block diagram of the single mode optical fiber laser 110 shown in FIG.
  • the single mode optical fiber laser 110 includes an optical multiplexer 15a, a plurality of semiconductor excitation lasers 16a, an optical fiber Bragg grating (FBG) 17a, an amplification optical fiber 18a, an FBG 17b, and an optical combination.
  • a wave device 15b, a plurality of semiconductor excitation lasers 16b, and an amplification optical fiber 18b are provided. Each element is connected by an optical fiber as appropriate.
  • the symbol "x" in the figure indicates the fusion splice of the optical fibers.
  • the output-side final stage of the single mode optical fiber laser 110 is an output side single mode optical fiber 110 a.
  • the optical multiplexer 15a is made of, for example, a TFB (Tapered Fiber Bundle).
  • the optical multiplexer 15a multiplexes the excitation light having a wavelength of, for example, 915 nm, which is output from the plurality of semiconductor excitation lasers 16a, and outputs the multiplexed excitation light to the amplification optical fiber 18a.
  • ytterbium (Yb) ions which are amplification substances, are added to a core portion made of quartz glass, and an outer cladding layer made of an inner cladding layer made of quartz glass and resin etc. And a double-clad optical fiber formed in order.
  • the core portion of the amplification optical fiber 18a has an NA of, for example, 0.08, and is configured to propagate light having a wavelength of 1084 nm in a single mode.
  • the length of the amplification optical fiber 18a is, for example, 25 m.
  • the absorption coefficient of the core portion of the amplification optical fiber 18a is, for example, 200 dB / m at a wavelength of 1084 nm.
  • the power conversion efficiency from the excitation light input to the core portion to the oscillating laser light is, for example, 70%.
  • the FBG 17a has, for example, a central wavelength of 1084 nm, a reflectance of about 100% in the central wavelength and a wavelength band of about 2 nm in the periphery thereof, and almost transmits light of a wavelength of 915 nm.
  • the FBG 17b has a central wavelength substantially the same as that of the FBG 17a, for example, 1084 nm, a reflectance at the central wavelength of about 10% to 30%, and a full width at half maximum of the reflection wavelength band is about 1 nm. Is almost transparent.
  • the FBGs 17a and 17b form an optical fiber resonator by sandwiching the amplification optical fiber 18a for light having a wavelength of 1084 nm.
  • the optical multiplexer 15b is also made of, for example, a TFB, and multiplexes the excitation light having a wavelength of, for example, 915 nm, which is output from the plurality of semiconductor excitation lasers 16b, and outputs the multiplexed light to the amplification optical fiber 18b.
  • the amplification optical fiber 18b is also a double clad optical fiber having the same configuration and length as the amplification optical fiber 18a.
  • the energy density in the core may be high due to the small core diameter, and nonlinear effects such as stimulated Raman scattering may appear extremely large. is there. Along with this, a decrease in energy efficiency, an increase in return light, etc. may be caused.
  • the multimode optical fiber 120 having a larger core diameter is connected to the single mode optical fiber laser 110, the energy density in the core becomes smaller. For this reason, compared with the case where a single mode optical fiber is used instead of the multimode optical fiber 120, high power laser light can be transmitted for a longer distance while the non-linear effect in the optical fiber is reduced.
  • the fusion splice loss is reduced. This reduces the energy loss of light. Further, particularly on the output side of the optical fiber laser, since the intensity of the laser light is high, even a few percent of connection loss generated at the fusion connection between single mode optical fibers may generate a large amount of heat. Then, this calorific value can be reduced.
  • FIG. 3 is a view showing details of Example 1 of fusion spliced portion C1 shown in FIG.
  • the output-side single mode optical fiber 110a includes a core portion 110aa, a cladding portion 110ab, and a coating 110ac.
  • the multimode optical fiber 120 includes a core portion 120a, a cladding portion 120b, and a coating 120c.
  • An axis AX1 indicates the central axis of the core portion 120a of the multimode optical fiber 120.
  • the output-side single mode optical fiber 110a and the multimode optical fiber 120 are fusion-spliced with the central axes of the core portions being substantially aligned.
  • the distance between the central axes is preferably within the amount of eccentricity of the center of the core portion 120a of the multimode optical fiber 120 from the center of the cladding portion 120b, and is preferably smaller.
  • Such fusion bonding makes it possible to dominantly excite the fundamental mode among the multiple propagation modes of the multimode optical fiber 120. By thus dominantly exciting the fundamental mode of the multimode optical fiber 120, deterioration of the beam quality of the output light L100 output from the multimode optical fiber 120 is suppressed.
  • the beam quality can be represented, for example, by an M 2 (em square) value (see, for example, Non-Patent Document 2).
  • M 2 approaches unity, the beam quality is better, and focusing results in a small sized beam spot close to the diffraction limit.
  • the processing accuracy is improved.
  • the laser light output from the single mode optical fiber laser 110 whose M 2 value is close to 1 is output with the M 2 value hardly deteriorated (increased) even after propagating through the multimode optical fiber 120. Be done. Thereby, it is possible to obtain a laser beam suitable for processing requiring a minute beam spot, such as cutting of a metal material or a foil.
  • Example 1 since the clad diameters of the output-side single mode optical fiber 110a and the multimode optical fiber 120 are equal, if the amount of eccentricity of each optical fiber is small, the core can be obtained simply by matching the outer diameters of the clad portions. Fusion which makes the central axes of the parts substantially coincide with each other is easily realized.
  • FIG. 4 is a view showing details of Example 2 of fusion spliced part C1 shown in FIG.
  • the cladding diameter may be different between the output-side single mode optical fiber 110 a and the multi-mode optical fiber 120.
  • the fusion splicing be performed so that the core portion 110 aa does not expand in diameter toward the multimode optical fiber 120.
  • Such fusion bonding is realized by locally heating the vicinity of the fusion bonding portion C1. Note that, by fusion-bonding the core 110aa not to expand in diameter toward the multimode optical fiber 120 as described above, deterioration of the beam quality at the fusion splice C1 is further suppressed.
  • Example 1 a laser device having a configuration shown in FIG. 1 was manufactured.
  • the (18 + 1) ⁇ 1 TFB was used as the optical multiplexers 15a and 15b.
  • the central wavelength of each of the FBGs 17a and 17b is 1084 nm.
  • a multimode optical fiber with an optical connector (end cap) with a length of 25 m, a core diameter of 50 ⁇ m, and an NA of 0.2 was used as the multimode optical fiber 120.
  • Comparative Example 1 a laser device having a configuration in which the multimode optical fiber was replaced with a single mode optical fiber in the laser device of Example 1 was manufactured.
  • the single-mode optical fiber replaced had an optical connector (end cap), a length of 10 m, a core diameter of 11 ⁇ m, and an NA of 0.07.
  • the laser beam output intensity from the optical connector of Example 1 and Comparative Example 1 was set to 500 W, and the beam quality of the outputted laser beam was measured.
  • M 2 1.07
  • Example 1 M 2 4.08.
  • the beam quality does not change much when the length of the multimode optical fiber is 20 m or more, and for example, equivalent beam quality can be obtained even at 50 m.
  • FIG. 5 is a diagram showing output light spectra of Example 1 and Comparative Example 1.
  • the vertical axis is the normalized light power normalized with the main peak value of wavelength 1084 nm.
  • the peak at a wavelength of about 1140 nm is stimulated Raman scattering light.
  • the intensity of the stimulated Raman scattering light of Comparative Example 1 was about 15 dB lower than the main peak, but the intensity of the stimulated Raman scattering light of Example 1 was also about 30 dB from the main peak. It was low. That is, in Example 1, it was confirmed that the non-linear effect was significantly reduced as compared with Comparative Example 1.
  • the length of the single mode optical fiber is about 10 m in the configuration of Comparative Example 1. Is the longest.
  • the stimulated Raman scattering light component can be significantly suppressed.
  • the configuration of Example 1 can use a longer multimode optical fiber if a stimulated Raman scattering component of about 15 dB down with respect to the main peak is allowed.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the processing apparatus 1000 includes the laser apparatus 100 according to the first embodiment and a processing head 200 to which the optical connector 130 of the laser apparatus 100 is connected.
  • the processing head 200 includes a collimator lens 210, a condenser lens 220, and a gas inlet 230.
  • the collimator lens 210 of the processing head 200 collimates the output light L100 output from the optical connector 130 of the laser device 100.
  • the condensing lens 220 condenses the output light L100, which has been converted into parallel light, onto the surface of the workpiece W mounted on a stage (not shown).
  • the processing work W is cut by the heat generated by converting the light energy of the output light L100.
  • a dross which is a melt in which the processed work W is melted occurs.
  • the processing head 200 sprays the assist gas G introduced from the gas inlet 230 onto the surface of the processing workpiece W from the nozzle formed on the tip end surface 240. As a result, dross is removed and processing speed and processing quality are improved.
  • a processing apparatus having a configuration shown in FIG. 6 was manufactured, and an experiment was conducted to cut a stainless steel plate as a processing work.
  • the laser device of Example 1 was used as a laser device, and the laser light output intensity from the optical connector was set to 450 W.
  • the thickness of the stainless steel plate to be cut was 0.5 mm.
  • As a condensing lens of the processing head one having a focal length f of 100 mm was used.
  • An O 2 gas was used as the assist gas, and the stainless steel plate was sprayed at a pressure of 1 MPa from a nozzle with a nozzle diameter of 1 mm.
  • cutting was performed at a cutting speed of 20 mm / min.
  • FIG. 7 is a view showing a photograph of a cut surface of a stainless steel plate by a processing device. As shown in FIG. 7, the cut surface was smooth and in a good condition. As described above, it was confirmed that a stainless steel plate can be favorably cut by performing cutting using a laser device that outputs a laser beam having an M 2 value of 4.08 in Example 1.
  • a reflecting means such as a mirror or a prism may be provided between the collimating lens 210 and the condensing lens 220 of the processing head 200 to bend the optical path of the output light L100.
  • FIGS. 8 and 9 are diagrams showing details of Examples 3 and 4 of the fusion spliced portion C1 shown in FIG. FIGS. 8 and 9 are different from FIGS. 3 and 4 in that the core portion 110aa of the output-side single mode optical fiber 110a has a tapered portion 110ad whose diameter increases toward the multimode optical fiber 120, respectively. , Other points are the same.
  • Such fusion bonding is realized by heating the vicinity of the end face portion of the output-side single mode optical fiber 110a connected to the multimode optical fiber 120 and thermally diffusing the dopant in the core portion 110aa.
  • the fusion splice loss between the output-side single mode optical fiber 110a and the multimode optical fiber 120 is further reduced.
  • the diameter of the diameter-expanded core of the tapered portion 110 ad may be smaller than the diameter of the core of the core portion 120 a of the multimode optical fiber 120, or both may be substantially the same.
  • FIG. 10 and 11 are diagrams showing the details of Examples 5 and 6 of the fusion spliced portion shown in FIG. 10 and 11 show that the central axis of the core portion 110aa of the output-side single mode optical fiber 110a and the central axis of the core portion 120a of the multimode optical fiber 120 are fusion-spliced, mutually offset from each other. Although different from 3 and 4 respectively, the other points are the same.
  • Such fusion bonding makes it possible to excite mainly the higher order modes other than the fundamental mode among the multiple propagation modes of the multimode optical fiber 120.
  • the beam quality of the output light L100 output from the multimode optical fiber 120 can be intentionally reduced.
  • the beam spot after condensing becomes larger, so that it is possible to obtain laser light that can be more effectively used for processing in processing such as welding and surface treatment.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a laser device according to the third embodiment.
  • the laser apparatus 100 is characterized in that the output-side single mode optical fiber 110 a of the single mode optical fiber laser 110 and the multimode optical fiber 120 are optically coupled by a space optical system. It is different.
  • the laser device 300 includes a space optical unit 310.
  • the space optical unit 310 is provided between an optical connector 310 a provided at the tip of the output side single mode optical fiber 110 a, an optical connector 310 b provided at the tip of the multimode optical fiber 120, and the optical connector 310 a and the optical connector 310 b.
  • the space optical unit 310 has a mechanism capable of adjusting at least one of the distance between the central axes of the output-side single mode optical fiber 110a and the multimode optical fiber 120 and the core portions 110aa and 120a, the distance between the end faces, and the inclination of the axes.
  • the optical connector 310b can be moved up and down, left and right, back and forth, and can be inclined.
  • Output light L100 output from the optical connector 130 of the multimode optical fiber 120 by adjusting the distance between the central axes of the output-side single mode optical fiber 110a and the multimode optical fiber 120, the distance between the end faces, and the inclination of the axis. It is possible to adjust the beam quality of
  • optical connector 310 b When the optical connector 310 b is configured to be inclined with the vicinity of the incident end face as the rotation center, it is preferable because no axial deviation occurs when the angle is adjusted.
  • the base mode of the multimode optical fiber 120 can be obtained by sufficiently reducing the distance between the central axes of the core portions 110aa and 120a and the relative inclination angle between the axes, and setting the distance between the end faces to an appropriate value for the spatial coupling system. Can be dominantly excited. This allows optical coupling without significant loss of beam quality. Also, conversely to this, it is possible to degrade the beam quality by increasing the distance between central axes and the relative inclination angle between the axes. As described above, in the laser device 300, it is possible to adjust the diameter of the collected beam of the output light L100 without adjusting the external optical system (including the replacement of the collecting lens). As a result, the laser apparatus 300 becomes an apparatus capable of supporting various applications with one laser apparatus.
  • FIGS. 13 and 14 are diagrams showing examples of beam input states in the spatial coupling unit.
  • the laser beam output from the output-side single mode optical fiber 110 a and collimated by the collimator lens 310 c is condensed by the condensing lens 310 d to form the core portion 120 a of the multimode optical fiber 120 as the laser beam LB1. Is input to
  • the laser beam LB1 is input in agreement with an axis AX1 which is a central axis of the core portion 120a of the multimode optical fiber 120. Since the fundamental mode of the multimode optical fiber 120 is dominantly excited by this, deterioration of the beam quality of the output light L100 output from the multimode optical fiber 120 is suppressed.
  • the laser beam LB1 is tilted with respect to the axis AX1 and input.
  • higher-order modes other than the fundamental mode of the multimode optical fiber 120 are mainly excited, so that the beam quality of the output light L100 can be intentionally reduced.
  • FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a laser device according to the fourth embodiment.
  • the laser device 400 includes a multimode optical fiber laser 410, a multimode optical fiber 420, and an optical connector 430.
  • the multimode optical fiber laser 410 outputs multimode laser light.
  • the configuration of the multimode optical fiber laser 410 is, for example, a configuration in which the FBGs 17a and 17b and the amplification optical fibers 18a and 18b in the configuration of the single mode optical fiber laser 110 shown in FIG. 2 are multimode optical fibers.
  • the output-side final stage of the multimode optical fiber laser 410 is an output-side multimode optical fiber 410a.
  • a multimode optical fiber 420 which is a process optical fiber, is fusion-spliced to the output side multimode optical fiber 410a.
  • the symbol "x" in the figure indicates the fusion spliced portion C2 of the optical fibers.
  • the core diameter of the multimode optical fiber 420 is, for example, 100 ⁇ m, the NA is, for example 0.2, and the length is, for example, 1 m or more.
  • the core diameter of the output-side multimode optical fiber 410a is, for example, 50 ⁇ m, and the NA is, for example, 0.2. That is, the multimode optical fiber 420 has a larger core diameter and the same NA as the output side multimode optical fiber 410a.
  • the NA of the multimode optical fiber 420 may be larger than the NA of the output-side multimode optical fiber 410a.
  • the optical connector 430 is output by the multimode optical fiber laser 410, and outputs the laser light propagated by the multimode optical fiber 420 as the output light L200.
  • the light emitting end face of the optical connector 430 is perpendicular to the optical axis of the multimode optical fiber 420, and is AR coated so that the reflectance is, for example, about 0.5% or less.
  • the multimode optical fiber 420 having a larger core diameter is connected to the multimode optical fiber laser 410, the energy density in the core is reduced. For this reason, it is possible to transmit high-power laser light for a longer distance while reducing non-linear effects in the optical fiber.
  • FIG. 16 is a diagram showing the details of Example 1 of fusion splice C2 shown in FIG.
  • the output-side multimode optical fiber 410a includes a core portion 410aa, a cladding portion 410ab, and a coating 410ac.
  • the multimode optical fiber 420 includes a core portion 420a, a cladding portion 420b, and a coating 420c.
  • An axis AX2 indicates the central axis of the core 420a of the multimode optical fiber 420.
  • the output-side multimode optical fiber 410a and the multimode optical fiber 420 are fusion-spliced with the central axes of the core portions substantially aligned.
  • the distance between the central axes is preferably within the amount of eccentricity of the center of the core 420a of the multimode optical fiber 420 from the center of the cladding 420b, and is preferably smaller.
  • Example 1 since the clad diameters of the output-side multimode optical fiber 410a and the multimode optical fiber 420 are equal, if the amount of eccentricity of each optical fiber is small, the core can be obtained simply by matching the outer diameters of the clad portions. Fusion which makes the central axes of the parts substantially coincide with each other is easily realized.
  • FIG. 17 is a view showing the details of example 2 of fusion splice C2 shown in FIG.
  • the cladding diameters of the output-side multimode optical fiber 410a and the multimode optical fiber 420 may be different.
  • FIGS. 18 and 19 are diagrams showing details of Examples 3 and 4 of fusion splice C2 shown in FIG. FIGS. 18 and 19 are different from FIGS. 16 and 17, respectively, in that the core portion 410aa of the output-side multimode optical fiber 410a has a tapered portion 410ad whose diameter increases toward the multimode optical fiber 420. , Other points are the same.
  • the fusion splice loss between the output-side multimode optical fiber 410a and the multimode optical fiber 420 is further reduced.
  • the diameter of the diameter-expanded core of the tapered portion 410ad may be smaller than the diameter of the core of the core portion 420a of the multimode optical fiber 420, or both may be substantially the same.
  • FIGS. 20 and 21 are views showing the details of Examples 5 and 6 of fusion splice C2 shown in FIG. 20 and 21 show that the central axis of the core portion 410aa of the output-side multimode optical fiber 410a and the central axis of the core portion 420a of the multimode optical fiber 420 are fusion-spliced, mutually offset from each other. Although different from each of 16 and 17, the other points are the same.
  • Such fusion splicing changes the propagation mode of light when the laser light is transferred from the output side multimode optical fiber 410a to the multimode optical fiber 420, thereby deteriorating the beam quality.
  • the beam quality of the output light L200 output from the multimode optical fiber 420 can be intentionally reduced.
  • the beam spot after condensing becomes larger, it is possible to obtain laser light that can be more effectively used for processing in processing such as welding and surface treatment.
  • FIG. 22 is a schematic configuration diagram of a laser device according to the fifth embodiment.
  • the laser device 500 according to the fifth embodiment differs from the laser device 400 in that the output-side multimode optical fiber 410a of the optical fiber laser 410 and the multimode optical fiber 420 are optically coupled by a space optical system.
  • the laser device 500 includes a space optical unit 510.
  • the space optical unit 510 is provided between an optical connector 510 a provided at the tip of the output-side multimode optical fiber 410 a, an optical connector 510 b provided at the tip of the multimode optical fiber 420, and the optical connector 510 a and the optical connector 510 b.
  • the space optical unit 510 has a mechanism capable of adjusting at least one of the distance between the central axes of the output side multimode optical fiber 410a and the multimode optical fiber 420 and the core portions 410aa and 420a, the distance between the end faces, and the inclination of the axes.
  • the optical connector 510 b is configured to be movable up and down, left and right, back and forth, and to be inclined.
  • Output light L200 output from the optical connector 430 of the multimode optical fiber 420 by adjusting the distance between the central axes of the output side multimode optical fiber 410a and the multimode optical fiber 420, the distance between the end faces, and the inclination of the axes. It is possible to adjust the beam quality of
  • the distance between the central axes of the core portions 410aa and 420a and the relative inclination angle between the axes are sufficiently reduced, and the distance between the end faces is set to an appropriate value with respect to the spatial coupling system. It becomes possible to combine. Also, conversely to this, it is possible to degrade the beam quality by increasing the distance between central axes and the relative inclination angle between the axes.
  • the laser device 500 it is possible to adjust the diameter of the collected beam of the output light L200 without adjusting the external optical system (including the replacement of the collecting lens). As a result, the laser device 500 is a device that can handle various applications with one laser device.
  • a single mode optical fiber laser 110 shown in FIG. 2 is a so-called MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) type having a laser oscillation unit having an optical resonator composed of FBGs 17 a and 17 b and an optical amplification unit provided in the latter stage. It is.
  • MOPA Master Oscillator Power Amplifier
  • the single-mode optical fiber laser and the multi-mode optical fiber laser according to the embodiment of the present invention are not limited to the configuration of FIG. 2, and may have a configuration without an optical amplification unit as in the configuration shown in FIG.
  • the optical fiber laser shown in FIGS. 2 and 23 is a backward pumping system, but may be configured as a forward pumping system or a bidirectional pumping system.
  • the optical fiber laser according to the embodiment of the present invention may perform CW (Continuous Wave) oscillation or may perform pulse driving.
  • the single mode optical fiber laser 110Ba has, for example, the configuration of the single mode optical fiber laser 110 shown in FIG.
  • the optical multiplexer 110Bb is, for example, a TFB.
  • the multimode optical fiber 110Bc is an output side multimode optical fiber of the output side final stage of the optical fiber laser 110B.
  • the optical fiber laser 110B combines the single mode laser beams output from the plurality of single mode optical fiber lasers 110Ba by the optical multiplexer 110Bb, and outputs the combined light as multimode laser beam from the multimode optical fiber 110Bc.
  • FIG. 25 is a schematic configuration diagram of a laser device according to the sixth embodiment.
  • the laser device 600 includes four optical fiber lasers 10, seven delivery optical fibers 20, an optical multiplexer 30, an output optical fiber 40, and an optical connector 50.
  • the four optical fiber lasers 10 respectively output single mode laser light L1.
  • the seven delivery optical fibers 20 are single mode optical fibers and are connected to the input port of the optical multiplexer 30.
  • the four delivery optical fibers 20 connected to the optical fiber laser 10 among the seven delivery optical fibers 20 propagate the laser beam L1 to the optical multiplexer 30 in a single mode.
  • the core diameter of delivery optical fiber 20 is, for example, 11 ⁇ m.
  • the optical multiplexer 30 is formed of, for example, a TFB whose input port to which light to be multiplexed is input is seven.
  • the optical multiplexer 30 multiplexes the laser light L 1 propagated by the four delivery optical fibers 20 and outputs the multiplexed light to the output optical fiber 40.
  • the output optical fiber 40 is a multimode optical fiber, and propagates the laser light L1 multiplexed by the optical multiplexer 30 in a multimode.
  • the core diameter of the output optical fiber 40 is, for example, 50 ⁇ m, and the cladding diameter is, for example, 330 ⁇ m.
  • the optical connector 50 outputs, as an output light L2, the laser light L1 which has been multiplexed and the output optical fiber 40 has propagated.
  • the light emitting end face of the optical connector 50 is perpendicular to the optical axis of the output optical fiber 40, and is AR coated so that, for example, the reflectance is about 0.5% or less.
  • FIG. 26 is a specific block diagram of the optical fiber laser 10 shown in FIG.
  • the optical fiber laser 10 includes an LED (Light Emitting Diode) 11, an optical band pass filter 12, an optical coupler 13, an optical detector 14a, an optical multiplexer 15a, and a plurality of semiconductor excitations.
  • Each element is connected by an optical fiber as appropriate.
  • the symbol "x" in the figure indicates the fusion spliced portion of the optical fibers.
  • the portion from the output side of the amplification optical fiber 18 b to the delivery optical fiber 20 is included. Therefore, the length of the delivery optical fiber 20 is a length measured from the output side of the amplification optical fiber 18b.
  • the LED 11 outputs visible light which is, for example, red.
  • the light band pass filter 12 has a transmission characteristic that includes the wavelength of visible light from the LED 11 in the transmission band, and includes the wavelengths of the laser light L1 and Raman scattered light described later in the stop band.
  • the optical coupler 13 branches a part (for example, 1% to 10%) of the light (return light) propagated from the right side of the drawing and introduces it to the light detector 14a.
  • the photodetector 14a receives, as return light, a component of the laser light L1 returned by reflection or the like or Raman scattered light, but the photodetector 14a mainly receives only light of the Raman scattering wavelength.
  • a WDM (Wavelength Division Multiplexing) coupler or filter may be provided between the optical coupler 13 and the photodetector 14a.
  • the light detector 14a may be provided with a filter that transmits only light of the Raman scattering wavelength.
  • a WDM coupler may be used which mainly has a characteristic of branching only light of the Raman scattering wavelength to the light detector 14 a side.
  • the light detector 14a is, for example, a photodiode.
  • the optical multiplexer 15a is made of, for example, a TFB.
  • the optical multiplexer 15a multiplexes the excitation light having a wavelength of, for example, 915 nm, which is output from the plurality of semiconductor excitation lasers 16a, and outputs the multiplexed excitation light to the amplification optical fiber 18a.
  • ytterbium (Yb) ions which are amplification substances, are added to a core portion made of quartz glass, and an outer cladding layer made of an inner cladding layer made of quartz glass and resin etc. And a double-clad optical fiber formed in order.
  • the core portion of the amplification optical fiber 18a has an NA of, for example, 0.08, and is configured to propagate light having a wavelength of 1084 nm in a single mode.
  • the length of the amplification optical fiber 18a is, for example, 25 m.
  • the absorption coefficient of the core portion of the amplification optical fiber 18a is, for example, 200 dB / m at a wavelength of 1084 nm.
  • the power conversion efficiency from the excitation light input to the core portion to the oscillating laser light is, for example, 70%.
  • the FBG 17a has, for example, a central wavelength of 1084 nm, a reflectance of about 100% in the central wavelength and a wavelength band of about 2 nm in the periphery thereof, and almost transmits light of a wavelength of 915 nm.
  • the FBG 17b has a central wavelength substantially the same as that of the FBG 17a, for example, 1084 nm, a reflectance at the central wavelength of about 10% to 30%, and a full width at half maximum of the reflection wavelength band is about 1 nm. Is almost transparent.
  • the FBGs 17a and 17b form an optical fiber resonator by sandwiching the amplification optical fiber 18a for light having a wavelength of 1084 nm.
  • the optical multiplexer 15b is also made of, for example, a TFB, and multiplexes the excitation light having a wavelength of, for example, 915 nm, which is output from the plurality of semiconductor excitation lasers 16b, and outputs the multiplexed light to the amplification optical fiber 18b.
  • the amplification optical fiber 18b is also a double clad optical fiber having the same configuration and length as the amplification optical fiber 18a.
  • the photodetector 14 b is, for example, a photodiode, and is disposed in the vicinity of the fusion splice on the output side of the optical fiber laser 10.
  • the semiconductor excitation laser 16a outputs excitation light.
  • the optical multiplexer 15a multiplexes the excitation light output from the semiconductor excitation laser 16a and outputs the multiplexed light to the amplification optical fiber 18a.
  • Yb ions in the core portion are excited by the excitation light, and light in a band including a wavelength of 1084 nm is emitted.
  • the light emission with a wavelength of 1084 nm is oscillated by the light amplification action of the amplification optical fiber 18a and the action of the optical resonator constituted by the FBGs 17a and 17b.
  • the amplification optical fiber 18b receives the oscillated laser light and the excitation light from the semiconductor excitation laser 16a by the optical multiplexer 15b, and amplifies the laser light.
  • the amplified laser light is output from the optical fiber laser 10 as the laser light L1.
  • the power of the laser beam L1 is, for example, 550 W.
  • the optical fiber laser 10 has a MOPA structure.
  • the optical fiber through which the laser light of wavelength 1084 nm passes is configured to propagate this laser light in a single mode.
  • the delivery optical fiber 20 propagates the laser light L 1 output from each of the optical fiber lasers 10.
  • the optical multiplexer 30 multiplexes the laser light L 1 and outputs the multiplexed light to the output optical fiber 40.
  • the output optical fiber 40 propagates the laser light L1 multiplexed by the optical multiplexer 30 in a multi mode.
  • the optical connector 50 outputs the laser beam L1 propagated by the output optical fiber 40 as an output beam L2.
  • the power of the output light L2 is, for example, 2000 W.
  • the power of the laser light L1 output from the optical fiber laser 10 is monitored by the photodetector 14b receiving the leaked light of the laser light L1 from the fusion spliced portion in the vicinity.
  • the LED 11 outputs visible light from the optical connector 50 before irradiating the laser light L1 and irradiates the object to be processed as a marker. By this, the irradiation position of the output light L2 at the time of performing laser processing etc. is determined. In addition, the LED 11 is protected by the optical band pass filter 12 from being damaged by the extra return light being input. Further, the power of part of the return light is branched by the optical coupler 13 and introduced into the light detector 14a. By this, the power of the return light is monitored.
  • the laser beam L1 propagates in a single mode, so the beam shape of the laser beam L1 is Gaussian, and the quality is suitable for laser processing and the like.
  • the output optical fiber 40 is a multimode optical fiber and has a sufficiently large core diameter, high power laser light L1 can be efficiently multiplexed, and it is difficult to generate an optical non-linear phenomenon even if it is multiplexed. ing. Even if the output optical fiber 40 propagates the laser light L1 in multiple modes, the beam shape of the laser light L1 before multiplexing is Gaussian, so the beam quality of the output light L2 is also good.
  • the core diameter and the like of the laser light L1 are designed to propagate in the single mode. Therefore, in the optical fiber laser 10 and the delivery optical fiber 20, Raman scattered light resulting from the laser light L1 is generated.
  • the Raman scattered light L3 generated in each of the optical fiber laser 10 and the delivery optical fiber 20 is input to the optical multiplexer 30 and multiplexed.
  • the Raman generated in each of the optical fiber lasers and the delivery optical fiber connected thereto It was confirmed that Raman scattering light of an unexpected intensity may be generated from the sum of the scattered light intensities.
  • SRS Stimulated Raman Scattering
  • the intensity of the Raman scattered light may increase sharply.
  • One of the causes is considered to be that the Raman scattered light is reflected by the light emitting end face of the optical connector and returned to the optical fiber laser side to form an optical resonator for the Raman scattered light.
  • the high power Raman scattered light returns to the side opposite to the light output side of the optical fiber laser, and the optical coupler, the optical band pass filter, the LED, etc. There is a possibility that the optical parts may be broken or a fiber fuse may be generated.
  • the structure of the laser device may be complicated, for example, the heat dissipation structure for processing the thermal energy generated by the Raman scattered light may be enlarged and complicated.
  • the power of the Raman scattered light L3 is reduced by making the delivery optical fiber 20 shorter than a predetermined length. This suppresses the occurrence of the above problem.
  • the length of the delivery optical fiber 20 disposed at the subsequent stage outside the optical resonator of the optical fiber laser 10 configured by the FBGs 17a and 17b is limited.
  • the delivery optical fiber 20 when the delivery optical fiber 20 is included as a Raman amplification medium, and the optical resonator for Raman amplification with the light emitting end face of the optical connector 50 as a reflector is configured, the delivery optical fiber 20 is used.
  • the Raman gain is suppressed to a predetermined value or less. As a result, it is possible to prevent the rapid increase of the Raman scattered light after the laser light L1 is multiplexed.
  • the reflectance of the AR coating on the light emitting end face of the optical connector 50 at the wavelength of the Raman scattered light is made equal to or less than the reflectance at the wavelength of the laser light L1, the rapid increase of the Raman scattered light is further suppressed. It is more preferable because
  • the laser device 600 is a high power and highly reliable laser device.
  • FIG. 27 is a schematic configuration diagram of a laser apparatus according to a comparative embodiment.
  • the delivery optical fiber 20A is a single mode optical fiber, and its core diameter is, for example, 11 ⁇ m.
  • the three optical fiber lasers 10 respectively output single mode laser light L1A.
  • the optical connector 50 outputs an output light L2A in which the laser light L1A is multiplexed.
  • the Raman scattered light L3A generated in each of the optical fiber laser 10 and the delivery optical fiber 20A is input to the optical multiplexer 30.
  • FIG. 28 is a diagram for explaining the difference between the delivery optical fiber 20 of the laser device 600 and the delivery optical fiber 20A of the laser device 600A.
  • the delivery optical fiber 20 is shorter than the delivery optical fiber 20A by the length L.
  • the length of delivery optical fiber 20A is, for example, 10 m.
  • the length L is, for example, 3.5 m. Therefore, the length of delivery optical fiber 20 is, for example, 6.5 m.
  • FIG. 29 is a diagram showing the relationship between the output light power of the laser device 600A according to the comparison mode, the SRS / Signal ratio, and the power of return light.
  • the output light power is the power of the output light L2A output from the optical connector 50.
  • the SRS / Signal ratio is the ratio of the sum of the power of the Raman scattered light L3A at the output end of the output optical fiber 40 to the power of the output light L2A, and the light output from the optical connector 50 is measured. It can be measured by
  • the power of the return light is the power of the return light output from the optical multiplexer 15a to the optical coupler 13 in the optical fiber laser 10 based on the monitoring result of the light detector 14a.
  • FIG. 30 is a diagram showing a change in the output light spectrum of the laser device 600A.
  • the peak at a wavelength of 1084 nm is the output light L2A
  • the peak at a wavelength of about 1140 nm is the Raman scattered light L3A.
  • the vertical axis is the normalized light power normalized by the peak value of the output light L2A.
  • the power of the output light L2A is increased from 1077 W to 1327 W
  • the power of the Raman scattered light L3A is rapidly increased and the power of the return light is also rapidly increased. Therefore, the power of the output light L2A is increased. It was difficult to increase more than 1327 W.
  • FIGS. 31 and 32 show the output light spectra of the laser device 600A and the laser device 100, respectively.
  • the power of the output light L2A is 1255 W.
  • the power of the output light L2 is 1689 W.
  • the peak value of the Raman scattered light L3 having a wavelength of about 1140 nm is 8 dB higher than the peak value of the Raman scattered light L3A of FIG. It was small.
  • FIG. 33 is a diagram showing a change in the output light spectrum of the laser device 600.
  • the peak at a wavelength of 1084 nm is the output light L2, and the peak at a wavelength of about 1140 nm is the Raman scattered light L3.
  • the peak value of the Raman scattered light L3 sharply increases as the power of the output light L2 is increased, but unlike the case of FIG. 30, the power of the output light L2 may be increased to 2005 W. It was possible.
  • FIG. 34 is a diagram showing a relationship between output light power and return light power of the laser device 600 according to the sixth embodiment and the laser device 600A according to the comparison form.
  • the output light power is 1327 W and the power of the return light is rapidly increased.
  • the power of the return light became a value close to 3000 mW, and there was a possibility that the LED or the like might be damaged.
  • the return light power is more than 2500 mW. It was low.
  • FIG. 35 is a diagram showing the relationship between the output light power and the SRS / Signal ratio of the laser device 600 according to the sixth embodiment and the laser device 600A according to the comparison form.
  • the SRS / Signal ratio exceeds the boundary value at a boundary value of about -30 dB, the SRS / Signal ratio rapidly increases and stimulated Raman scattering occurs. It was confirmed to do.
  • FIG. 36 is a diagram showing the relationship between the SRS / Signal ratio of the laser device 600 according to the sixth embodiment and the laser device 600A according to the comparison mode and the power of return light. As shown in FIG. 36, despite the difference in the configuration of the laser device 600 and the laser device 600A, the power of the return light is abrupt since the SRS / Signal ratio exceeds the boundary value with the boundary value of about -30 dB. Was confirmed to increase.
  • the delivery optical fiber 20 as a Raman scattered light suppression unit the sum of the power of the Raman scattered light L3 at the light output end of the output optical fiber 40 and the power of the laser light L1 (ie It is preferable to set the length such that the SRS / Signal ratio, which is the ratio of the power of the output light L2), is equal to or less than the rapidly increasing boundary value. As a result, it is possible to suppress an abrupt increase in the power of the return light.
  • the boundary value is not limited to -30 dB, and may be, for example, -20 dB to -40 dB according to the relationship between the SRS / Signal ratio and the return light power.
  • the outputs of the semiconductor excitation lasers 16a and 16b are It is preferable to stop.
  • the SRS / Signal ratio exceeds the boundary value where the SRS / Signal ratio increases rapidly, the return light power to the rear end side (LED 11) more rapidly than the FBG 17a increases rapidly, and the possibility of the generation of the fiber fuse increases rapidly. I found it to be. Therefore, by stopping the output of the semiconductor excitation lasers 16a and 16b according to the monitoring result of the photodetector 14a, the generation of the fiber fuse can be more preferably prevented.
  • the predetermined value of the SRS / Signal ratio at which the output of the semiconductor excitation lasers 16a and 16b should be stopped can be appropriately set according to, for example, the power of the output light L2.
  • FIG. 37 is a diagram showing the configuration of a laser device provided with a control device.
  • FIG. 38 is a view showing the configuration of the optical fiber laser 10 shown in FIG.
  • the laser device 700 has a configuration in which a control device 710 is added to the configuration of the laser device 600 shown in FIG. In the laser device 700, the control device 710 is connected to the photodetector 14a and the semiconductor excitation lasers 16a and 16b of each optical fiber laser 10.
  • the control device 710 can control the semiconductor excitation lasers 16a and 16b of each optical fiber laser 10 using the light reception power of the optical fiber laser 10 by the photodetector 14a, and controls the operation of the laser device 700. Can.
  • the increase ratio (slope) of return light power to increase of output light power as shown in FIG. 34, and SRS for increase of output light power (W) as shown in FIG. Controller at least one of the parameters such as the increase ratio of the / Signal ratio (dB), the increase ratio of the return light power (mW) to the increase of the SRS / Signal ratio (dB) as shown in FIG. 36
  • the output of the semiconductor excitation lasers 16a and 16b may be stopped when monitoring is performed by the light source detection unit 710 and the monitoring is performed by the light detector 14a.
  • Such an increase rate can be determined by linear interpolation or the like by measuring SRS or output light power between two adjacent output conditions.
  • control is performed by the optical fiber laser 10 having the light detector 14a detected when at least one light detector 14a of the plurality of optical fiber lasers 10 detects the rapid increase of the above-mentioned parameter.
  • the semiconductor excitation lasers 16a and 16b of all the optical fiber lasers 10 may be stopped.
  • FIG. 39 is a diagram showing a change in output light power of the laser device 600 when the number of optical fiber lasers 10 is increased or decreased in the configuration of the laser device 600 according to the sixth embodiment.
  • the output light power shown in FIG. 39 is a value when the SRS / Signal ratio is -30 dB.
  • FIG. 39 by increasing or decreasing the number of optical fiber lasers 10, it is possible to realize a desired high output optical power while reliably suppressing a rapid increase in the power of the return light to improve the reliability. it can. For example, if the number of optical fiber lasers 10 is 7, it is possible to realize the laser device 100 with an output light power of about 3000 W.
  • FIG. 40 is a diagram showing another example of the output light spectrum of the laser device according to the sixth embodiment.
  • one of the optical fiber lasers 10 is replaced with another optical fiber laser 10 in which the intensity of the Raman scattered light L3 is lower by -5 dB than before the replacement.
  • the power of the output light L2 is approximately 2000 W.
  • the peak of the Raman scattered light L3 is about -14 dB.
  • the peak of the Raman scattered light L3 is suppressed to about -25 dB, which is significantly lower by about -11 dB than in the case of FIG.
  • FIG. 41 is a schematic configuration diagram of a laser device according to a seventh embodiment.
  • a laser apparatus 600B according to the seventh embodiment is an optical fiber laser in which seven delivery optical fibers 20 are replaced with seven delivery optical fibers 20B in the laser apparatus 600 according to the seventh embodiment.
  • a light attenuation filter 60 is inserted in each of the delivery optical fibers 20B connected to 10.
  • the four optical fiber lasers 10 respectively output single mode laser light L1B.
  • the optical connector 50 outputs an output light L2B in which the laser light L1B is multiplexed.
  • the Raman scattered light L3B generated in each of the optical fiber laser 10 and the delivery optical fiber 20B is input to the optical multiplexer 30.
  • the light attenuation filter 60 is configured to attenuate the Raman scattered light L3B, a rapid increase in the power of the return light is suppressed.
  • the light attenuation filter 60 it is preferable to use an optical band pass filter including 1084 nm which is the wavelength of the laser light L1B and the output light L2B in the transmission band and about 1140 nm which is the wavelength of the Raman scattered light L3B in the stop band. Further, as this optical band pass filter, it is a ratio of the sum of the power of the Raman scattered light L3B at the output end of the output optical fiber 40 and the sum of the power of the laser light L1B (that is, the power of the output light L2B) It is preferable that the transmission characteristic is such that the SRS / Signal ratio is less than or equal to the rapidly increasing boundary value. As a result, it is possible to suppress an abrupt increase in the power of the return light.
  • the boundary value is not limited to -30 dB, and may be, for example, -20 dB to -40 dB according to the relationship between the SRS / Signal ratio and the return light power.
  • the delivery optical fiber 20B may be longer than the delivery optical fiber 20 in the sixth embodiment by sufficiently suppressing the Raman scattered light L3B by the light attenuation filter 60.
  • the laser apparatus according to the eighth embodiment has a configuration in which the optical fiber laser 10 is replaced with another optical fiber laser in the laser apparatus 600A according to the comparative embodiment shown in FIG.
  • the configuration will be specifically described.
  • FIG. 42 is a specific configuration diagram of the optical fiber laser used in the laser device according to the eighth embodiment. Comparing the optical fiber laser 10C shown in FIG. 42 with the optical fiber laser 10 shown in FIG. 27, in the optical fiber laser 10C, the optical multiplexers 15a and 15b, and the plurality of semiconductor excitation lasers 16a and 16b connected thereto are included.
  • the optical fiber laser 10 is different from the optical fiber laser 10 in that the amplification optical fiber 18c is bi-directionally pumped.
  • the length of the delivery optical fiber 20 is a length measured from the output side of the optical multiplexer 15b.
  • the amplification optical fiber 18c is a double clad optical fiber having the same configuration as the amplification optical fiber 18a, and its length is, for example, 25 m.
  • the optical fiber laser 10C since the pumping light from all the semiconductor pumping lasers 16a and 16b is input to the amplification optical fiber 18c from the two optical multiplexers 15a by the bidirectional pumping configuration, the laser light L1C of higher power Can be output. Further, in comparison with the optical fiber laser 10 having the MOPA structure, the total length of the amplification optical fiber 18c is shorter than the total length of the amplification optical fiber 18a of the optical fiber laser 10 and the amplification optical fiber 18b, In the case of this optical fiber laser 10C, it has a half length. As a result, the total length of the optical fiber laser 10C is also shortened, so the power of the Raman scattered light generated inside is also suppressed. This suppresses the rapid increase in the power of the return light.
  • the length of the amplification optical fiber 18c be equal to or less than the boundary value at which the SRS / Signal ratio rapidly increases. As a result, it is possible to suppress an abrupt increase in the power of the return light.
  • the boundary value is not limited to -30 dB, and may be, for example, -20 dB to -40 dB according to the relationship between the SRS / Signal ratio and the return light power.
  • the core diameter or the relative refractive index difference between the core portion and the inner cladding layer may be adjusted so that the SRS / Signal ratio becomes less than the boundary value. .
  • the plurality of optical fiber lasers 10, the plurality of delivery optical fibers 20, and the plurality of light attenuation filters 60 have the same configuration, respectively, but the present invention is not limited thereto. Different configurations of optical fiber lasers, delivery optical fibers, or optical attenuation filters may be used.
  • all the optical fiber lasers 10 of the laser device 600A are replaced with the optical fiber laser 10C, but at least one optical fiber laser 10 may be replaced with the optical fiber laser 10C.
  • the present invention is not limited by the above embodiment.
  • the present invention also includes those configured by appropriately combining the above-described components.
  • the power of Raman scattered light at the light output end of the multimode optical fiber in which the output side optical fiber located at the output side final stage of the optical fiber laser is a process optical fiber. It may be configured to have a length such that the ratio of the sum of the above and the sum of the power of the laser light is less than or equal to the boundary value where it sharply increases.
  • the laser device according to each embodiment may be provided with a control device capable of controlling the operation of the laser device based on the intensity of the Raman scattered light as shown in FIG. Further, further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspects of the present invention are not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.
  • the present invention is suitably applied to a high power laser device and a processing device using the same.

Abstract

　レーザ光を出力する光ファイバレーザと、前記光ファイバレーザの出力側最終段に位置する光ファイバと比べて、コア径が大きく、開口数が同一またはより大きく、前記光ファイバレーザが出力する前記レーザ光を伝搬して出力する、マルチモード光ファイバであるプロセス光ファイバと、を備えるレーザ装置。好ましくは、前記光ファイバレーザは、基底モードのレーザ光を出力するものであり、前記光ファイバレーザの出力側最終段に位置する光ファイバは、前記プロセス光ファイバの光出力端でのラマン散乱光のパワーの合計値と前記レーザ光のパワーの合計値との比が急激に大きくなる境界値以下となる長さを有する。

Description

レーザ装置および加工装置
　本発明は、光ファイバレーザを用いたレーザ装置およびこれを用いた加工装置に関するものである。
　たとえば、特許文献１や非特許文献１には、高出力の光ファイバレーザが開示されている。特許文献２には、高出力かつ高品質のレーザビームを出力する光ファイバレーザが開示されている。このような高出力の光ファイバレーザは、光通信の用途だけでなく、たとえばレーザ加工用のレーザ装置へも適用されている。種々の用途においてさらに高出力のレーザ装置が要求されている。
米国特許第５８９２６１５号明細書 特開２００５－２５１９９２号公報
A.Fujisaki　et　al.,　"Linewidth　Controlled　50-W　Output　Polarization　Maintaining　Fiber　Laser",　Furukawa　Review,　No.35　March　2009. A.E.Siegman　and　S.W.Townsend　"Output　Beam　Propagation　and　Beam　Quality　from　Multimode　Stable-Cavity　Laser",　IEEE　Journal　of　Quantum　Electronics　vol.29,　No.4,　pp.1212-1217(1993).
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高出力のレーザ装置およびこれを用いた加工装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレーザ装置は、レーザ光を出力する光ファイバレーザと、前記光ファイバレーザの出力側最終段に位置する光ファイバと比べて、コア径が大きく、開口数が同一またはより大きく、前記光ファイバレーザが出力する前記レーザ光を伝搬して出力する、マルチモード光ファイバであるプロセス光ファイバと、を備えることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記光ファイバレーザは、基底モードのレーザ光を出力するものであり、前記光ファイバレーザの出力側最終段に位置する光ファイバは、前記プロセス光ファイバの光出力端でのラマン散乱光のパワーの合計値と前記レーザ光のパワーの合計値との比が急激に大きくなる境界値以下となる長さを有することを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記境界値は、－２０ｄＢ～－４０ｄＢの範囲にあることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記光ファイバレーザの出力側最終段に位置する出力側シングルモード光ファイバは、前記プロセス光ファイバの基底モードを主に励振するように該プロセス光ファイバに接続されていることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記出力側シングルモード光ファイバと前記プロセス光ファイバとは、互いのコアの中心軸を一致させるように融着接続されていることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記出力側シングルモード光ファイバのコアは、融着接続部において前記プロセス光ファイバに向かって拡径するテーパ部を有することを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記出力側シングルモード光ファイバは、前記プロセス光ファイバの高次モードを主に励振するように該プロセス光ファイバに接続されていることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記出力側シングルモード光ファイバと前記プロセス光ファイバとは、互いのコアの中心軸をずらして融着接続されていることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記出力側シングルモード光ファイバと前記プロセス光ファイバとは、空間光学系によって光学結合されていることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記光ファイバレーザは、マルチモードのレーザ光を出力するものであることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記出力側マルチモード光ファイバと前記プロセス光ファイバとは、互いのコアの中心軸を一致させるように融着接続されていることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記出力側マルチモード光ファイバのコアは、融着接続部において前記プロセス光ファイバに向かって拡径するテーパ状になっていることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記出力側マルチモード光ファイバと前記プロセス光ファイバとは、互いのコアの中心軸をずらして融着接続されていることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記出力側マルチモード光ファイバと前記プロセス光ファイバとは、空間光学系によって光学結合されていることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、基底モードのレーザ光を出力する複数の前記光ファイバレーザと、前記複数の光ファイバレーザが出力する前記レーザ光を合波する光合波器と、前記複数の光ファイバレーザと前記光合波器との間に配置された、前記光合波器に入力するラマン散乱光を抑制するラマン散乱光抑制部と、を備え、前記プロセス光ファイバは、前記光合波器が合波した前記レーザ光をマルチモードで伝搬することを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記ラマン散乱光抑制部は、前記光ファイバレーザの出力側最終段に位置する光ファイバを含み、前記レーザ光を前記光合波器へシングルモードで伝搬するデリバリ光ファイバを備え、前記デリバリ光ファイバは、前記プロセス光ファイバの光出力端での前記ラマン散乱光のパワーの合計値と前記レーザ光のパワーの合計値との比が急激に大きくなる境界値以下となる長さを有することを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記ラマン散乱光抑制部は、前記レーザ光を前記光合波器へ伝搬させるデリバリ光ファイバに介挿した、前記ラマン散乱光を減衰させる光減衰フィルタを備えることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記光減衰フィルタは、前記出力光ファイバの光出力端でのラマン散乱光のパワーの合計値と前記レーザ光のパワーの合計値との比が、誘導ラマン散乱が起きる境界値以下となる透過特性を有することを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記光減衰フィルタは、前記レーザ光の波長を透過帯域に含み、前記ラマン散乱光の波長を阻止帯域に含む光バンドパスフィルタであることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記境界値は、－２０ｄＢ～－４０ｄＢの範囲にあることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、基底モードのレーザ光を出力する複数の前記光ファイバレーザと、前記複数の光ファイバレーザが出力する前記レーザ光を合波する光合波器と、を備え、前記複数の光ファイバレーザの少なくとも一つは、増幅用光ファイバが、前記光合波器に入力するラマン散乱光を抑制するように構成されていることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記少なくとも一つの光ファイバレーザの増幅用光ファイバの長さは、前記出力光ファイバの光出力端でのラマン散乱光のパワーの合計値と前記レーザ光のパワーの合計値との比が急激に増大する境界値以下になるように構成されていることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記境界値は－２０ｄＢ～－４０ｄＢの範囲にあることを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記少なくとも一つの光ファイバレーザは双方向励起構成を有することを特徴とする。
　本発明に係るレーザ装置は、前記光ファイバレーザは、当該光ファイバレーザに戻ってきたラマン散乱光の強度を検知する光検出器を有し、前記光検出器が検知したラマン散乱光の強度をもとに、当該レーザ装置の動作を制御する制御装置をさらに備えることを特徴とする。
　本発明に係る加工装置は、上記発明のレーザ装置と、前記レーザ装置から出力されたレーザ光を加工対象に導く光学系とを備えることを特徴とする。
　本発明によれば、高出力のレーザ装置を実現できるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１に係るレーザ装置の模式的な構成図である。 図２は、図１に示すシングルモード光ファイバレーザの具体的な構成図である。 図３は、図１に示す融着接続部の例１の詳細を示す図である。 図４は、図１に示す融着接続部の例２の詳細を示す図である。 図５は、実施例１および比較例１の出力光スペクトルを示す図である。 図６は、実施の形態２に係る加工装置の模式的な構成図である。 図７は、加工装置によるステンレス鋼板の切断面の写真を示す図である。 図８は、図１に示す融着接続部の例３の詳細を示す図である。 図９は、図１に示す融着接続部の例４の詳細を示す図である。 図１０は、図１に示す融着接続部の例５の詳細を示す図である。 図１１は、図１に示す融着接続部の例６の詳細を示す図である。 図１２は、実施の形態３に係るレーザ装置の模式的な構成図である。 図１３は、空間結合部におけるビームの入力状態の例を示す図である。 図１４は、空間結合部におけるビームの入力状態の例を示す図である。 図１５は、実施の形態４に係るレーザ装置の模式的な構成図である。 図１６は、図１５に示す融着接続部の例１の詳細を示す図である。 図１７は、図１５に示す融着接続部の例２の詳細を示す図である。 図１８は、図１５に示す融着接続部の例３の詳細を示す図である。 図１９は、図１５に示す融着接続部の例４の詳細を示す図である。 図２０は、図１５に示す融着接続部の例５の詳細を示す図である。 図２１は、図１５に示す融着接続部の例６の詳細を示す図である。 図２２は、実施の形態５に係るレーザ装置の模式的な構成図である。 図２３は、光ファイバレーザの別の構成を示す構成図である。 図２４は、光ファイバレーザのさらに別の構成を示す構成図である。 図２５は、実施の形態６に係るレーザ装置の模式的な構成図である。 図２６は、図２５に示す光ファイバレーザの具体的な構成図である。 図２７は、比較形態に係るレーザ装置の模式的な構成図である。 図２８は、実施の形態６に係るレーザ装置のデリバリ光ファイバと比較形態に係るレーザ装置のデリバリ光ファイバとの相違を説明する図である。 図２９は、比較形態に係るレーザ装置の出力光パワーとＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比および戻り光のパワーとの関係を示す図である。 図３０は、比較形態に係るレーザ装置の出力光スペクトルの変化を示す図である。 図３１は、比較形態に係るレーザ装置の出力光スペクトルを示す図である。 図３２は、実施の形態６に係るレーザ装置の出力光スペクトルを示す図である。 図３３は、実施の形態６に係るレーザ装置の出力光スペクトルの変化を示す図である。 図３４は、実施の形態６および比較形態に係るレーザ装置の出力光パワーと戻り光のパワーとの関係を示す図である。 図３５は、実施の形態６および比較形態に係るレーザ装置の出力光パワーとＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比との関係を示す図である。 図３６は、実施の形態６および比較形態に係るレーザ装置のＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比と戻り光のパワーとの関係を示す図である。 図３７は、制御装置を備えるレーザ装置の構成を示す図である。 図３８は、図３７に示す光ファイバレーザの構成を示す図である。 図３９は、実施の形態６に係るレーザ装置の構成において、光ファイバレーザの数を増減した場合のレーザ装置の出力光パワーの変化を示す図である。 図４０は、実施の形態６に係るレーザ装置の出力光スペクトルの別の一例を示す図である。 図４１は、実施の形態７に係るレーザ装置の模式的な構成図である。 図４２は、実施の形態８に係るレーザ装置において用いる光ファイバレーザの具体的な構成図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更実施の形態が可能である。
（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１に係るレーザ装置の模式的な構成図である。レーザ装置１００は、シングルモード光ファイバレーザ１１０と、マルチモード光ファイバ１２０と、光コネクタ１３０とを備える。
　シングルモード光ファイバレーザ１１０は、基底モードであるシングルモードのレーザ光を出力する。ここで、シングルモードとは横シングルモードを意味する。
　プロセス光ファイバであるマルチモード光ファイバ１２０は、シングルモード光ファイバレーザ１１０の出力側最終段に位置する出力側シングルモード光ファイバ１１０ａに融着接続されている。図中「×」の記号は光ファイバ同士の融着接続部Ｃ１を示している。マルチモード光ファイバ１２０のコア径はたとえば５０μｍ、開口数（Numerical　Aperture：ＮＡ）はたとえば０．２、長さはたとえば１ｍ以上である。出力側シングルモード光ファイバ１１０ａのコア径はたとえば１１μｍ、ＮＡはたとえば０．０７である。すなわち、マルチモード光ファイバ１２０は、出力側シングルモード光ファイバ１１０ａと比べて、コア径およびＮＡが大きいものである。
　光コネクタ１３０は、シングルモード光ファイバレーザ１１０が出力し、マルチモード光ファイバ１２０が伝搬したレーザ光を出力光Ｌ１００として出力する。光コネクタ１３０の光出射端面はマルチモード光ファイバ１２０の光軸に垂直であり、たとえば反射率が０．５％程度以下となるようにＡＲ（Anti-Reflection）コートが施されている。
　図２は、図１に示すシングルモード光ファイバレーザ１１０の具体的な構成図である。図２に示すように、シングルモード光ファイバレーザ１１０は、光合波器１５ａと、複数の半導体励起レーザ１６ａと、光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）１７ａと、増幅用光ファイバ１８ａと、ＦＢＧ１７ｂと、光合波器１５ｂと、複数の半導体励起レーザ１６ｂと、増幅用光ファイバ１８ｂとを備えている。各要素は適宜光ファイバで接続されている。図中「×」の記号は光ファイバ同士の融着接続部を示している。シングルモード光ファイバレーザ１１０の出力側最終段は出力側シングルモード光ファイバ１１０ａである。
　光合波器１５ａは、たとえばＴＦＢ（Tapered　Fiber　Bundle）で構成されている。光合波器１５ａは、複数の半導体励起レーザ１６ａから出力された、波長が例えば９１５ｎｍの励起光を合波し、増幅用光ファイバ１８ａへ出力する。
　増幅用光ファイバ１８ａは、石英系ガラスからなるコア部に増幅物質であるイッテルビウム（Ｙｂ）イオンが添加され、コア部の外周には石英系ガラスからなる内側クラッド層と樹脂等からなる外側クラッド層とが順次形成されたダブルクラッド型の光ファイバである。なお、増幅用光ファイバ１８ａのコア部はＮＡがたとえば０．０８であり、波長１０８４ｎｍの光をシングルモードで伝搬するように構成されている。増幅用光ファイバ１８ａの長さはたとえば２５ｍである。増幅用光ファイバ１８ａのコア部の吸収係数は、たとえば波長１０８４ｎｍにおいて２００ｄＢ／ｍである。また、コア部に入力された励起光から発振するレーザ光へのパワー変換効率はたとえば７０％である。
　ＦＢＧ１７ａは、中心波長が例えば１０８４ｎｍであり、中心波長およびその周辺の約２ｎｍの幅の波長帯域における反射率が約１００％であり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。また、ＦＢＧ１７ｂは、中心波長がＦＢＧ１７ａと略同じである例えば１０８４ｎｍであり、中心波長における反射率が１０％～３０％程度であり、反射波長帯域の半値全幅が約１ｎｍであり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。
　したがって、ＦＢＧ１７ａ、１７ｂは、波長１０８４ｎｍの光に対して、増幅用光ファイバ１８ａを挟んで光ファイバ共振器を構成する。
　光合波器１５ｂも、たとえばＴＦＢで構成されており、複数の半導体励起レーザ１６ｂから出力された、波長が例えば９１５ｎｍの励起光を合波し、増幅用光ファイバ１８ｂへ出力する。
　増幅用光ファイバ１８ｂも、増幅用光ファイバ１８ａと同様の構成および長さを有するダブルクラッド型の光ファイバである。
　高出力のレーザ光をシングルモード光ファイバで長距離伝送させた場合、コア径が小さいことに由来してコア内のエネルギー密度が高くなり、誘導ラマン散乱等の非線形効果が非常に大きく現れる場合がある。これに伴い、エネルギー効率の低下や戻り光の増大等が引き起こされる場合がある。
　これに対して、レーザ装置１００では、シングルモード光ファイバレーザ１１０に、よりコア径が大きいマルチモード光ファイバ１２０が接続しているので、コア内のエネルギー密度が小さくなる。このため、マルチモード光ファイバ１２０の代わりにシングルモード光ファイバを用いた場合よりも、光ファイバ中の非線形効果が低減しつつ、高出力のレーザ光をより長距離伝送させることができる。
　また、ＮＡが小さい出力側シングルモード光ファイバ１１０ａ側からＮＡが大きなマルチモード光ファイバ１２０側へレーザ光が伝搬するので、融着接続損失が小さくなる。これによって、光のエネルギー損失が小さくなる。また、特に光ファイバレーザの出力側では、レーザ光の強度が高いため、シングルモード光ファイバ同士の融着接続部で生じる数％程度の接続損失でも大きな発熱を生じる場合があるが、レーザ装置１００ではこの発熱量を小さくすることができる。
　図３は、図１に示す融着接続部Ｃ１の例１の詳細を示す図である。図３に示すように、出力側シングルモード光ファイバ１１０ａはコア部１１０ａａ、クラッド部１１０ａｂ、被覆１１０ａｃを備えている。マルチモード光ファイバ１２０はコア部１２０ａ、クラッド部１２０ｂ、被覆１２０ｃを備えている。軸ＡＸ１はマルチモード光ファイバ１２０のコア部１２０ａの中心軸を示している。
　この例１では、出力側シングルモード光ファイバ１１０ａと、マルチモード光ファイバ１２０とは、コア部の中心軸同士を略一致させて融着接続している。中心軸同士間の距離は、マルチモード光ファイバ１２０のコア部１２０ａの中心の、クラッド部１２０ｂの中心からの偏心量以内であることが望ましく、より小さいことが好ましい。このような融着接続によって、マルチモード光ファイバ１２０の多数の伝搬モードの中で、基底モードを支配的に励振させることが可能となる。このようにマルチモード光ファイバ１２０の基底モードを支配的に励振することで、マルチモード光ファイバ１２０から出力される出力光Ｌ１００のビーム品質の劣化は抑制される。
　ここで、ビーム品質は、たとえばＭ２（エムスクエア）値で表すことができる（たとえば、非特許文献２参照）。理想的なシングルモードのＴＥＭ００ビームはＭ２＝１である。Ｍ２が１に近づくにつれ、ビーム品質は良好になり、集光によって回折限界に近い小さなサイズのビームスポットが得られる。このようにビームスポットが小さいレーザ光を用いて切断加工を行うと加工精度が向上する。本実施の形態１では、Ｍ２値が１に近いシングルモード光ファイバレーザ１１０の出力するレーザ光は、マルチモード光ファイバ１２０を伝搬した後も、Ｍ２値がほとんど劣化（増加）しないまま出力される。これにより、金属材料や箔の切断等、微小なビームスポットを必要とする加工に好適なレーザ光を得ることができる。
　また、例１では、出力側シングルモード光ファイバ１１０ａとマルチモード光ファイバ１２０とで、クラッド径が等しいので、各光ファイバの偏心量が小さければ、各クラッド部の外径を合わせるだけで、コア部の中心軸同士を略一致させる融着が容易に実現される。
　図４は、図１に示す融着接続部Ｃ１の例２の詳細を示す図である。例２に示すように、出力側シングルモード光ファイバ１１０ａとマルチモード光ファイバ１２０とで、クラッド径が異なっていてもよい。なお、図３、４の例では、コア部１１０ａａがマルチモード光ファイバ１２０に向かって拡径しないように融着接続することが好ましい。このような融着接続は、融着接続部Ｃ１近傍を局所的に加熱することで実現される。なお、このようにコア部１１０ａａがマルチモード光ファイバ１２０に向かって拡径はしないように融着接続することによって、融着接続部Ｃ１におけるビーム品質の劣化はより抑制される。
　ここで、実施例１として、図１に示す構成のレーザ装置を作製した。なお、光合波器１５ａ、１５ｂとして（１８＋１）×１のＴＦＢを用いた。また、各ＦＢＧ１７ａ、１７ｂの中心波長は１０８４ｎｍとした。さらに、マルチモード光ファイバ１２０として長さ２５ｍ、コア径５０μｍ、ＮＡ０．２の光コネクタ（エンドキャップ）付きのマルチモード光ファイバを用いた。
　また、比較例１として、実施例１のレーザ装置において、マルチモード光ファイバをシングルモード光ファイバに置き換えた構成のレーザ装置を作製した。置き換えたシングルモード光ファイバは、光コネクタ（エンドキャップ）付きであり、長さ１０ｍ、コア径１１μｍ、ＮＡ０．０７であった。そして、実施例１と比較例１の光コネクタからのレーザ光出力強度を５００Ｗに設定し、出力されたレーザ光のビーム品質を測定した。その結果、比較例１ではＭ２＝１．０７であり、実施例１ではＭ２＝４．０８であった。また、ビーム品質は、マルチモード光ファイバの長さが２０ｍ以上ではあまり変化がなく、たとえば５０ｍでも同等のビーム品質を得ることができることが確認された。
　つぎに、実施例１および比較例１の出力されたレーザ光のスペクトルを測定した。図５は、実施例１および比較例１の出力光スペクトルを示す図である。縦軸は、波長１０８４ｎｍの主要ピーク値で規格化した規格化光パワーである。波長約１１４０ｎｍのピークは誘導ラマン散乱光である。図５から明らかなように、比較例１の誘導ラマン散乱光の強度は、主要ピークから約１５ｄＢ低い程度であったが、実施例１の誘導ラマン散乱光の強度は、主要ピークから約３０ｄＢも低くかった。すなわち、実施例１では、比較例１よりも非線形効果が大幅に低減されていることが確認された。
　上記のように、レーザ出力の主要ピーク値に対する、誘導ラマン散乱光成分のピーク値の上限を約１５ｄＢダウン程度とした場合、比較例１の構成であればシングルモード光ファイバの長さは１０ｍ程度が最長となる。これに対して、実施例１の構成であればマルチモード光ファイバの長さが２５ｍであっても誘導ラマン散乱光成分を大幅に抑制できる。むろん、主要ピークに対して１５ｄＢダウン程度の誘導ラマン散乱成分を許容すれば、実施例１の構成では更に長いマルチモード光ファイバを用いることができるのは明らかである。
（実施の形態２）
　図６は、本発明の実施の形態２に係る加工装置の模式的な構成図である。図６に示すように、加工装置１０００は、実施の形態１に係るレーザ装置１００と、レーザ装置１００の光コネクタ１３０が接続される加工ヘッド２００とを備える。
　加工ヘッド２００は、コリメートレンズ２１０と、集光レンズ２２０と、ガス導入口２３０とを備えている。
　この加工装置１０００では、加工ヘッド２００のコリメートレンズ２１０が、レーザ装置１００の光コネクタ１３０から出力された出力光Ｌ１００を平行光にする。集光レンズ２２０は、平行光にされた出力光Ｌ１００を不図示のステージに載置された加工ワークＷの表面に集光する。ここで、集光された出力光Ｌ１００を加工ワークＷの表面で相対的に移動させることによって、加工ワークＷは出力光Ｌ１００の光エネルギーが変換して発生した熱によって切断される。ここで、出力光Ｌ１００によって加工ワークＷを切断したときに、加工ワークＷが溶解した溶解物であるドロスが発生する。この加工装置１０００では、加工ヘッド２００が、ガス導入口２３０から導入されたアシストガスＧを先端面２４０に形成されたノズルから加工ワークＷの表面に吹き付ける。これによってドロスが除去され、加工速度や加工品質が向上する。
　ここで、図６に示す構成の加工装置を作製し、加工ワークとしてのステンレス鋼板を切断する実験を行った。この実験では、レーザ装置として実施例１のレーザ装置を用い、光コネクタからのレーザ光出力強度を４５０Ｗに設定した。また、切断するステンレス鋼板の厚さは０．５ｍｍとした。加工ヘッドの集光レンズとして焦点距離ｆが１００ｍｍのものを用いた。アシストガスとしてはＯ２ガスを用い、ノズル径が１ｍｍのノズルから１ＭＰａの圧力でステンレス鋼板に吹き付けた。また、２０ｍｍ／ｍｉｎの切断速度で切断を行った。
　図７は、加工装置によるステンレス鋼板の切断面の写真を示す図である。図７に示すように、切断面は滑らかであり、良好な状態であった。このように、実施例１のＭ２値が４．０８のレーザ光を出力するレーザ装置を用いて切断を行うことによって、ステンレス鋼板に良好な切断を施すことができることを確認した。
　なお、図６の加工装置１０００において、加工ヘッド２００のコリメートレンズ２１０と集光レンズ２２０との間にミラーやプリズムなどの反射手段を設けて、出力光Ｌ１００の光路を曲げるようにしてもよい。
　つぎに、図１に示す融着接続部Ｃ１の別の例について説明する。
　図８、図９は、図１に示す融着接続部Ｃ１の例３、例４の詳細を示す図である。図８、９は、それぞれ、出力側シングルモード光ファイバ１１０ａのコア部１１０ａａがマルチモード光ファイバ１２０に向かって拡径するテーパ部１１０ａｄを有する点が、図３、４のそれぞれと異なっているが、その他の点は同様である。このような融着接続は、マルチモード光ファイバ１２０に接続される出力側シングルモード光ファイバ１１０ａの端面部付近を加熱し、コア部１１０ａａ内のドーパントを熱拡散させることで実現される。
　このようなテーパ部１１０ａｄを有することによって、出力側シングルモード光ファイバ１１０ａとマルチモード光ファイバ１２０との融着接続損失はより低減される。テーパ部１１０ａｄの拡径したコア径は、マルチモード光ファイバ１２０のコア部１２０ａのコア径よりも小さくてもよいし、両者を略一致させてもよい。
　図１０、１１は、図１に示す融着接続部の例５、６の詳細を示す図である。図１０、１１は、それぞれ、出力側シングルモード光ファイバ１１０ａのコア部１１０ａａの中心軸とマルチモード光ファイバ１２０のコア部１２０ａの中心軸とを互いにずらして融着接続されている点が、図３、４のそれぞれと異なっているが、その他の点は同様である。
　このような融着接続によって、マルチモード光ファイバ１２０の多数の伝搬モードの中で、基底モード以外の高次モードを主に励振させることが可能となる。このようにマルチモード光ファイバ１２０の基底モード以外の高次モードを主に強く励振することで、マルチモード光ファイバ１２０から出力される出力光Ｌ１００のビーム品質を故意に低下させることができる。ビーム品質を低下させると、集光後のビームスポットはより大きくなるため、溶接や表面処理などの加工において、より効果的に加工に使用することができるレーザ光を得ることができる。
（実施の形態３）
　図１２は、実施の形態３に係るレーザ装置の模式的な構成図である。実施の形態３に係るレーザ装置３００では、シングルモード光ファイバレーザ１１０の出力側シングルモード光ファイバ１１０ａとマルチモード光ファイバ１２０とが空間光学系によって光学結合されている点が、レーザ装置１００とは異なる。
　レーザ装置３００は、空間光学部３１０を備えている。空間光学部３１０は、出力側シングルモード光ファイバ１１０ａの先端に設けられた光コネクタ３１０ａと、マルチモード光ファイバ１２０の先端に設けられた光コネクタ３１０ｂと、光コネクタ３１０ａと光コネクタ３１０ｂとの間に配置されたコリメートレンズ３１０ｃ、集光レンズ３１０ｄとを備えており、空間結合系を構成している。
　空間光学部３１０は、出力側シングルモード光ファイバ１１０ａとマルチモード光ファイバ１２０と互いのコア部１１０ａａ、１２０ａの中心軸間距離、端面間距離、軸の傾きのうち少なくとも１つが調整可能な機構が実装されていることが好ましい。たとえば、図１２では、光コネクタ３１０ｂが上下、左右、前後に移動可能であり、かつ傾斜させることが可能に構成されている。出力側シングルモード光ファイバ１１０ａとマルチモード光ファイバ１２０との中心軸間距離、端面間距離、及び軸の傾きを調整することで、マルチモード光ファイバ１２０の光コネクタ１３０より出力される出力光Ｌ１００のビーム品質を調整することが可能となる。
　なお、光コネクタ３１０ｂは、入射端面近傍を回転中心にして傾斜させる構成にすると、角度調整したときに軸ずれが発生しないので好ましい。
　互いのコア部１１０ａａ、１２０ａの中心軸間距離や軸間の相対傾き角を十分に小さくし、端面間距を空間結合系に対して適切な値とすることによって、マルチモード光ファイバ１２０の基底モードを支配的に励振することができる。これによって、ビーム品質を大きく損なうことなく光学結合が可能となる。また、これとは逆に、中心軸間距離や軸間の相対傾き角を大きくすることによって、ビーム品質を劣化させることが可能になる。このように、レーザ装置３００では、外部光学系の調整（集光レンズの交換等を含む）を行うことなく、出力光Ｌ１００の集光ビーム径の調整が可能となる。その結果、レーザ装置３００は、１台のレーザ装置で様々なアプリケーションへ対応することが可能な装置となる。
　図１３、１４は、空間結合部におけるビームの入力状態の例を示す図である。図１３では、出力側シングルモード光ファイバ１１０ａから出力され、コリメートレンズ３１０ｃで平行光とされたレーザ光は、集光レンズ３１０ｄによって集光されてレーザビームＬＢ１としてマルチモード光ファイバ１２０のコア部１２０ａに入力される。
　図１３では、レーザビームＬＢ１は、マルチモード光ファイバ１２０のコア部１２０ａの中心軸である軸ＡＸ１に一致させて入力される。これによって、マルチモード光ファイバ１２０の基底モードが支配的に励振されるので、マルチモード光ファイバ１２０から出力される出力光Ｌ１００のビーム品質の劣化は抑制される。
　図１４では、レーザビームＬＢ１は、軸ＡＸ１に対して傾斜されて入力される。これによって、マルチモード光ファイバ１２０の基底モード以外の高次モードが主に励振されるので、出力光Ｌ１００のビーム品質を故意に低下させることができる。
（実施の形態４）
　図１５は、実施の形態４に係るレーザ装置の模式的な構成図である。レーザ装置４００は、マルチモード光ファイバレーザ４１０と、マルチモード光ファイバ４２０と、光コネクタ４３０とを備える。
　マルチモード光ファイバレーザ４１０は、マルチモードのレーザ光を出力する。マルチモード光ファイバレーザ４１０の構成は、たとえば、図２に示すシングルモード光ファイバレーザ１１０の構成において、ＦＢＧ１７ａ、１７ｂ、および増幅用光ファイバ１８ａ、１８ｂをマルチモード光ファイバで構成したものである。マルチモード光ファイバレーザ４１０の出力側最終段は出力側マルチモード光ファイバ４１０ａである。
　プロセス光ファイバであるマルチモード光ファイバ４２０は、出力側マルチモード光ファイバ４１０ａに融着接続されている。図中「×」の記号は光ファイバ同士の融着接続部Ｃ２を示している。マルチモード光ファイバ４２０のコア径はたとえば１００μｍ、ＮＡはたとえば０．２、長さはたとえば１ｍ以上である。出力側マルチモード光ファイバ４１０ａのコア径はたとえば５０μｍ、ＮＡはたとえば０．２である。すなわち、マルチモード光ファイバ４２０は、出力側マルチモード光ファイバ４１０ａと比べて、コア径が大きく、ＮＡが同じものである。なお、マルチモード光ファイバ４２０のＮＡは、出力側マルチモード光ファイバ４１０ａのＮＡよりも大きくてもよい。
　光コネクタ４３０は、マルチモード光ファイバレーザ４１０が出力し、マルチモード光ファイバ４２０が伝搬したレーザ光を出力光Ｌ２００として出力する。光コネクタ４３０の光出射端面はマルチモード光ファイバ４２０の光軸に垂直であり、たとえば反射率が０．５％程度以下となるようにＡＲコートが施されている。
　レーザ装置４００では、マルチモード光ファイバレーザ４１０に、よりコア径が大きいマルチモード光ファイバ４２０が接続しているので、コア内のエネルギー密度が小さくなる。このため、光ファイバ中の非線形効果が低減しつつ、高出力のレーザ光をより長距離伝送させることができる。
　図１６は、図１５に示す融着接続部Ｃ２の例１の詳細を示す図である。図１６に示すように、出力側マルチモード光ファイバ４１０ａはコア部４１０ａａ、クラッド部４１０ａｂ、被覆４１０ａｃを備えている。マルチモード光ファイバ４２０はコア部４２０ａ、クラッド部４２０ｂ、被覆４２０ｃを備えている。軸ＡＸ２はマルチモード光ファイバ４２０のコア部４２０ａの中心軸を示している。
　この例１では、出力側マルチモード光ファイバ４１０ａと、マルチモード光ファイバ４２０とは、コア部の中心軸同士を略一致させて融着接続している。中心軸同士間の距離は、マルチモード光ファイバ４２０のコア部４２０ａの中心の、クラッド部４２０ｂの中心からの偏心量以内であることが望ましく、より小さいことが好ましい。このような融着接続によって、レーザ光が出力側マルチモード光ファイバ４１０ａからマルチモード光ファイバ４２０に移る際に光の伝搬モードが変化することが抑制され、ビーム品質の劣化が抑制される。
　また、例１では、出力側マルチモード光ファイバ４１０ａとマルチモード光ファイバ４２０とで、クラッド径が等しいので、各光ファイバの偏心量が小さければ、各クラッド部の外径を合わせるだけで、コア部の中心軸同士を略一致させる融着が容易に実現される。
　図１７は、図１５に示す融着接続部Ｃ２の例２の詳細を示す図である。例２に示すように、出力側マルチモード光ファイバ４１０ａとマルチモード光ファイバ４２０とで、クラッド径が異なっていてもよい。なお、図１６、１７の例では、コア部４１０ａａがマルチモード光ファイバ４２０に向かって拡径しないように融着接続することが好ましい。なお、このようにコア部４１０ａａがマルチモード光ファイバ４２０に向かって拡径はしないように融着接続することによって、融着接続部Ｃ２における光の伝搬モードの変化はより抑制される。
　図１８、図１９は、図１５に示す融着接続部Ｃ２の例３、例４の詳細を示す図である。図１８、１９は、それぞれ、出力側マルチモード光ファイバ４１０ａのコア部４１０ａａがマルチモード光ファイバ４２０に向かって拡径するテーパ部４１０ａｄを有する点が、図１６、１７のそれぞれと異なっているが、その他の点は同様である。
　このようなテーパ部４１０ａｄを有することによって、出力側マルチモード光ファイバ４１０ａとマルチモード光ファイバ４２０との融着接続損失はより低減される。テーパ部４１０ａｄの拡径したコア径は、マルチモード光ファイバ４２０のコア部４２０ａのコア径よりも小さくてもよいし、両者を略一致させてもよい。
　図２０、２１は、図１５に示す融着接続部Ｃ２の例５、６の詳細を示す図である。図２０、２１は、それぞれ、出力側マルチモード光ファイバ４１０ａのコア部４１０ａａの中心軸とマルチモード光ファイバ４２０のコア部４２０ａの中心軸とを互いにずらして融着接続されている点が、図１６、１７のそれぞれと異なっているが、その他の点は同様である。
　このような融着接続によって、レーザ光が出力側マルチモード光ファイバ４１０ａからマルチモード光ファイバ４２０に移る際に光の伝搬モードが変化し、これによってビーム品質が劣化する。このように、マルチモード光ファイバ４２０から出力される出力光Ｌ２００のビーム品質を故意に低下させることができる。その結果、集光後のビームスポットはより大きくなるため、溶接や表面処理などの加工において、より効果的に加工に使用することができるレーザ光を得ることができる。
（実施の形態５）
　図２２は、実施の形態５に係るレーザ装置の模式的な構成図である。実施の形態５に係るレーザ装置５００では、光ファイバレーザ４１０の出力側マルチモード光ファイバ４１０ａとマルチモード光ファイバ４２０とが空間光学系によって光学結合されている点が、レーザ装置４００とは異なる。
　レーザ装置５００は、空間光学部５１０を備えている。空間光学部５１０は、出力側マルチモード光ファイバ４１０ａの先端に設けられた光コネクタ５１０ａと、マルチモード光ファイバ４２０の先端に設けられた光コネクタ５１０ｂと、光コネクタ５１０ａと光コネクタ５１０ｂとの間に配置されたコリメートレンズ５１０ｃ、集光レンズ５１０ｄとを備えており、空間結合系を構成している。
　空間光学部５１０は、出力側マルチモード光ファイバ４１０ａとマルチモード光ファイバ４２０と互いのコア部４１０ａａ、４２０ａの中心軸間距離、端面間距離、軸の傾きのうち少なくとも１つが調整可能な機構が実装されていることが好ましい。たとえば、図２２では、光コネクタ５１０ｂが上下、左右、前後に移動可能であり、かつ傾斜させることが可能に構成されている。出力側マルチモード光ファイバ４１０ａとマルチモード光ファイバ４２０との中心軸間距離、端面間距離、及び軸の傾きを調整することで、マルチモード光ファイバ４２０の光コネクタ４３０より出力される出力光Ｌ２００のビーム品質を調整することが可能となる。
　互いのコア部４１０ａａ、４２０ａの中心軸間距離や軸間の相対傾き角を十分に小さくし、端面間距を空間結合系に対して適切な値とすることによって、ビーム品質を大きく損なうことなく光学結合が可能となる。また、これとは逆に、中心軸間距離や軸間の相対傾き角を大きくすることによって、ビーム品質を劣化させることが可能になる。このように、レーザ装置５００では、外部光学系の調整（集光レンズの交換等を含む）を行うことなく、出力光Ｌ２００の集光ビーム径の調整が可能となる。その結果、レーザ装置５００は、１台のレーザ装置で様々なアプリケーションへ対応することが可能な装置となる。
　図２に示すシングルモード光ファイバレーザ１１０は、ＦＢＧ１７ａと１７ｂとで構成された光共振器を有するレーザ発振部とその後段に設けられた光増幅部とを有するいわゆるＭＯＰＡ（Master　Oscillator　Power　Amplifier）型である。しかし、本発明の実施の形態に係るシングルモード光ファイバレーザやマルチモード光ファイバレーザは図２の構成に限られず、図２３に示す構成のように光増幅部が無い構成でもよい。図２、２３に示す光ファイバレーザは後方励起方式であるが、前方励起方式や双方向励起方式の構成としてもよい。また、本発明の実施の形態に係る光ファイバレーザは、ＣＷ（Continuous　Wave）発振を行うものでもよいし、パルス駆動を行うものでもよい。
　また、マルチモード光ファイバレーザとしては、図２４に示す構成の光ファイバレーザ１１０Ｂのように、複数のシングルモード光ファイバレーザ１１０Ｂａと、光合波器１１０Ｂｂと、マルチモード光ファイバ１１０Ｂｃとを備える構成でもよい。ここで、シングルモード光ファイバレーザ１１０Ｂａは、たとえば図２に示すシングルモード光ファイバレーザ１１０の構成を有するものである。光合波器１１０Ｂｂは、たとえばＴＦＢである。マルチモード光ファイバ１１０Ｂｃは、光ファイバレーザ１１０Ｂの出力側最終段の出力側マルチモード光ファイバである。光ファイバレーザ１１０Ｂは、複数のシングルモード光ファイバレーザ１１０Ｂａが出力するシングルモードレーザ光を、光合波器１１０Ｂｂで合波して、マルチモード光ファイバ１１０Ｂｃからマルチモードレーザ光として出力するものである。
（実施の形態６）
　図２５は、実施の形態６に係るレーザ装置の模式的な構成図である。レーザ装置６００は、４つの光ファイバレーザ１０と、７本のデリバリ光ファイバ２０と、光合波器３０と、出力光ファイバ４０と、光コネクタ５０とを備える。
　４つの光ファイバレーザ１０は、それぞれシングルモードのレーザ光Ｌ１を出力する。
　７本のデリバリ光ファイバ２０は、シングルモード光ファイバであり、光合波器３０の入力ポートに接続している。７本のデリバリ光ファイバ２０のうち光ファイバレーザ１０に接続した４つのデリバリ光ファイバ２０は、光合波器３０にレーザ光Ｌ１をシングルモードで伝搬する。デリバリ光ファイバ２０のコア径はたとえば１１μｍである。
　光合波器３０は、たとえば合波すべき光が入力される入力ポートが７ポートであるＴＦＢで構成されている。光合波器３０は、４つのデリバリ光ファイバ２０が伝搬したレーザ光Ｌ１を合波し、出力光ファイバ４０へ出力する。
　出力光ファイバ４０は、マルチモード光ファイバであり、光合波器３０が合波したレーザ光Ｌ１をマルチモードで伝搬する。出力光ファイバ４０のコア径はたとえば５０μｍ、クラッド径はたとえば３３０μｍである。
　光コネクタ５０は、合波されて出力光ファイバ４０が伝搬したレーザ光Ｌ１を出力光Ｌ２として出力する。光コネクタ５０の光出射端面は出力光ファイバ４０の光軸に垂直であり、たとえば反射率が０．５％程度以下となるようにＡＲコートが施されている。
　図２６は、図１に示す光ファイバレーザ１０の具体的な構成図である。図２６に示すように、光ファイバレーザ１０は、ＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）１１と、光バンドパスフィルタ１２と、光カプラ１３と、光検出器１４ａと、光合波器１５ａと、複数の半導体励起レーザ１６ａと、ＦＢＧ１７ａと、増幅用光ファイバ１８ａと、ＦＢＧ１７ｂと、光合波器１５ｂと、複数の半導体励起レーザ１６ｂと、増幅用光ファイバ１８ｂと、光検出器１４ｂとを備えている。各要素は適宜光ファイバで接続されている。また、図中「×」の記号は光ファイバ同士の融着接続部を示している。また、増幅用光ファイバ１８ｂの出力側から先の部分は、デリバリ光ファイバ２０に含まれる。したがって、デリバリ光ファイバ２０の長さは、増幅用光ファイバ１８ｂの出力側から測った長さである。
　ＬＥＤ１１は、例えば赤色である可視光を出力する。光バンドパスフィルタ１２は、ＬＥＤ１１からの可視光の波長を透過帯域に含み、レーザ光Ｌ１および後述するラマン散乱光の波長を阻止帯域に含む透過特性を有する。光カプラ１３は、紙面右側から伝搬されてきた光（戻り光）の一部（たとえば１％～１０％）を分岐して光検出器１４ａに導入する。ここで、光検出器１４ａは、戻り光として、レーザ光Ｌ１のうち反射等により戻ってきた成分や、ラマン散乱光を受光するが、主にラマン散乱波長の光のみを光検出器１４ａが受光するように、光カプラ１３と光検出器１４ａとの間にＷＤＭ（Wavelength　Division　Multiplexing）カプラやフィルタを設けてもよい。または、ラマン散乱波長の光のみを透過するフィルタを光検出器１４ａに備えてもよい。あるいは、光カプラ１３として、主にラマン散乱波長の光のみを光検出器１４ａ側に分岐する特性を有するＷＤＭカプラを用いてもよい。光検出器１４ａはたとえばフォトダイオードである。
　光合波器１５ａは、たとえばＴＦＢで構成されている。光合波器１５ａは、複数の半導体励起レーザ１６ａから出力された、波長が例えば９１５ｎｍの励起光を合波し、増幅用光ファイバ１８ａへ出力する。
　増幅用光ファイバ１８ａは、石英系ガラスからなるコア部に増幅物質であるイッテルビウム（Ｙｂ）イオンが添加され、コア部の外周には石英系ガラスからなる内側クラッド層と樹脂等からなる外側クラッド層とが順次形成されたダブルクラッド型の光ファイバである。なお、増幅用光ファイバ１８ａのコア部はＮＡがたとえば０．０８であり、波長１０８４ｎｍの光をシングルモードで伝搬するように構成されている。増幅用光ファイバ１８ａの長さはたとえば２５ｍである。増幅用光ファイバ１８ａのコア部の吸収係数は、たとえば波長１０８４ｎｍにおいて２００ｄＢ／ｍである。また、コア部に入力された励起光から発振するレーザ光へのパワー変換効率はたとえば７０％である。
　ＦＢＧ１７ａは、中心波長が例えば１０８４ｎｍであり、中心波長およびその周辺の約２ｎｍの幅の波長帯域における反射率が約１００％であり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。また、ＦＢＧ１７ｂは、中心波長がＦＢＧ１７ａと略同じである例えば１０８４ｎｍであり、中心波長における反射率が１０％～３０％程度であり、反射波長帯域の半値全幅が約１ｎｍであり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。
　したがって、ＦＢＧ１７ａ、１７ｂは、波長１０８４ｎｍの光に対して、増幅用光ファイバ１８ａを挟んで光ファイバ共振器を構成する。
　光合波器１５ｂも、たとえばＴＦＢで構成されており、複数の半導体励起レーザ１６ｂから出力された、波長が例えば９１５ｎｍの励起光を合波し、増幅用光ファイバ１８ｂへ出力する。
　増幅用光ファイバ１８ｂも、増幅用光ファイバ１８ａと同様の構成および長さを有するダブルクラッド型の光ファイバである。
　光検出器１４ｂはたとえばフォトダイオードであり、光ファイバレーザ１０の出力側の融着接続部の近傍に配置されている。
　つぎに、レーザ装置６００の動作について説明する。まず、半導体励起レーザ１６ａは励起光を出力する。光合波器１５ａは、半導体励起レーザ１６ａから出力された励起光を合波し、増幅用光ファイバ１８ａへ出力する。
　増幅用光ファイバ１８ａでは、励起光によってコア部のＹｂイオンが励起され、波長１０８４ｎｍを含む帯域の光を発光する。波長１０８４ｎｍの発光は、増幅用光ファイバ１８ａの光増幅作用とＦＢＧ１７ａ、１７ｂによって構成される光共振器の作用とによってレーザ発振する。
　つぎに、増幅用光ファイバ１８ｂは、光合波器１５ｂによって、発振したレーザ光と半導体励起レーザ１６ａからの励起光とが入力されて、レーザ光を増幅する。増幅されたレーザ光はレーザ光Ｌ１として光ファイバレーザ１０から出力する。レーザ光Ｌ１のパワーはたとえば５５０Ｗである。
　このように、光ファイバレーザ１０はＭＯＰＡ構造を有している。
　また、光ファイバレーザ１０において、波長１０８４ｎｍのレーザ光が通過する光ファイバはこのレーザ光をシングルモードで伝搬するように構成されている。
　デリバリ光ファイバ２０は、各光ファイバレーザ１０から出力されたレーザ光Ｌ１を伝搬する。
　光合波器３０は、レーザ光Ｌ１を合波し、出力光ファイバ４０へ出力する。出力光ファイバ４０は、光合波器３０が合波したレーザ光Ｌ１をマルチモードで伝搬する。
　光コネクタ５０は、出力光ファイバ４０が伝搬したレーザ光Ｌ１を出力光Ｌ２として出力する。出力光Ｌ２のパワーはたとえば２０００Ｗである。
　光ファイバレーザ１０が出力するレーザ光Ｌ１のパワーは、光検出器１４ｂが近傍の融着接続部からのレーザ光Ｌ１の漏洩光を受光することによってモニタされる。
　なお、ＬＥＤ１１は、レーザ光Ｌ１を出力する前に光コネクタ５０から可視光を出力して加工対象にマーカとして照射する。これによって、レーザ加工等を行う際の出力光Ｌ２の照射位置が決定される。また、ＬＥＤ１１は、光バンドパスフィルタ１２によって、余分な戻り光が入力されて破損することから保護されている。また、戻り光の一部のパワーは光カプラ１３によって分岐されて光検出器１４ａに導入される。これによって、戻り光のパワーがモニタされる。
　光ファイバレーザ１０およびデリバリ光ファイバ２０において、レーザ光Ｌ１はシングルモードで伝搬するので、レーザ光Ｌ１のビーム形状はガウシアンであり、レーザ加工等に適した品質のよいものとなっている。
　また、出力光ファイバ４０はマルチモード光ファイバであり、十分に大きなコア径を有するので、高パワーのレーザ光Ｌ１を効率よく合波でき、かつ合波しても光学非線形現象が発生しにくくなっている。出力光ファイバ４０がレーザ光Ｌ１をマルチモード伝搬するものであっても、合波する前のレーザ光Ｌ１のビーム形状がガウシアンであるため、出力光Ｌ２のビーム品質も良いものとなる。
　上述したように、光ファイバレーザ１０およびデリバリ光ファイバ２０においては、レーザ光Ｌ１はシングルモードで伝搬するようにそのコア径等が設計されている。そのため、光ファイバレーザ１０およびデリバリ光ファイバ２０においてレーザ光Ｌ１に起因するラマン散乱光が発生する。個々の光ファイバレーザ１０およびデリバリ光ファイバ２０において発生したラマン散乱光Ｌ３は光合波器３０に入力し、合波される。
　ここで、本発明者らが精査したところ、レーザ装置６００のように複数の光ファイバレーザを合波する構成とした場合に、個々の光ファイバレーザおよびこれに接続したデリバリ光ファイバにおいて発生するラマン散乱光の強度の合計からは予想できない程度の強度のラマン散乱光が発生する場合があることを確認した。この場合、光ファイバレーザのレーザ光強度を増加させていくと誘導ラマン散乱（ＳＲＳ：Stimulated　Raman　Scattering）が起こり、ラマン散乱光の強度が急激に増加する場合がある。その原因の一つは、ラマン散乱光が光コネクタの光出射端面で反射されて光ファイバレーザ側に戻り、ラマン散乱光に対する光共振器が形成されためであると考えられる。
　このように誘導ラマン散乱が起こってラマン散乱光のパワーが高くなると、光ファイバレーザの光出力側とは反対側に高パワーのラマン散乱光が戻り、光カプラ、光バンドパスフィルタ、ＬＥＤ等の光部品が破損したり、ファイバヒューズが発生したりするおそれがある。また、ラマン散乱光により発生する熱エネルギーを処理するための放熱構造が大型化、複雑化する等、レーザ装置の構成が複雑化するおそれがある。
　これに対して、レーザ装置６００では、デリバリ光ファイバ２０を所定の長さよりも短くすることによってラマン散乱光Ｌ３のパワーを小さくしている。これによって、上記問題の発生が抑制される。
　すなわち、レーザ装置６００では、ＦＢＧ１７ａ、１７ｂで構成される光ファイバレーザ１０の光共振器の外の後段に配置されたデリバリ光ファイバ２０の長さを制限している。これによって、レーザ装置６００において、デリバリ光ファイバ２０をラマン増幅媒体として含み、光コネクタ５０の光出射端面を反射体とするラマン増幅に対する光共振器を構成している場合に、デリバリ光ファイバ２０によるラマン利得が所定値以下に抑制される。その結果、レーザ光Ｌ１を合波した後のラマン散乱光の急激な増大が防止される。なお、ラマン散乱光の波長における光コネクタ５０の光出射端面のＡＲコートの反射率を、レーザ光Ｌ１の波長における反射率と同等以下とすれば、ラマン散乱光の急激な増加をさらに抑制することができるので、さらに好ましい。
　したがって、レーザ装置６００は高出力かつ信頼性が高いレーザ装置となる。
　以下、比較形態に係るレーザ装置との比較によって実施の形態６に係るレーザ装置６００をより具体的に説明する。図２７は、比較形態に係るレーザ装置の模式的な構成図である。図２７に示すように、比較形態に係るレーザ装置６００Ａは、実施の形態６に係るレーザ装置６００において、７本のデリバリ光ファイバ２０を７本のデリバリ光ファイバ２０Ａに置き換え、光ファイバレーザ１０の数を３に減少した構成を有する。デリバリ光ファイバ２０Ａはシングルモード光ファイバであり、そのコア径はたとえば１１μｍである。また、３つの光ファイバレーザ１０は、それぞれシングルモードのレーザ光Ｌ１Ａを出力する。光コネクタ５０からはレーザ光Ｌ１Ａが合波された出力光Ｌ２Ａが出力される。個々の光ファイバレーザ１０およびデリバリ光ファイバ２０Ａにおいて発生したラマン散乱光Ｌ３Ａが光合波器３０に入力する。
　図２８は、レーザ装置６００のデリバリ光ファイバ２０とレーザ装置６００Ａのデリバリ光ファイバ２０Ａとの相違を説明する図である。図２８に示すように、デリバリ光ファイバ２０はデリバリ光ファイバ２０Ａよりも長さが長さＬだけ短い。デリバリ光ファイバ２０Ａの長さはたとえば１０ｍである。長さＬはたとえば３．５ｍである。したがって、デリバリ光ファイバ２０の長さはたとえば６．５ｍである。
　図２９は、比較形態に係るレーザ装置６００Ａの出力光パワーとＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比および戻り光のパワーとの関係を示す図である。なお、出力光パワーは、光コネクタ５０から出力される出力光Ｌ２Ａのパワーである。また、ＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比とは、出力光ファイバ４０の出力端でのラマン散乱光Ｌ３Ａのパワーの合計値と、出力光Ｌ２Ａのパワーとの比であり、光コネクタ５０からの光出力を測定することによって測定することができる。また、戻り光のパワーとは、光検出器１４ａのモニタ結果にもとづく、光ファイバレーザ１０において光合波器１５ａから光カプラ１３側へと出力する戻り光のパワーである。
　図２９に示すように、出力光パワーを増加させるにつれて、ＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比および戻り光のパワーは増加するが、出力光パワーが１３２７Ｗの場合にＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比および戻り光のパワーは急激に増大した。
　図３０は、レーザ装置６００Ａの出力光スペクトルの変化を示す図である。波長１０８４ｎｍのピークが出力光Ｌ２Ａであり、波長約１１４０ｎｍのピークがラマン散乱光Ｌ３Ａである。図３０において、縦軸は出力光Ｌ２Ａのピーク値で規格化した規格化光パワーである。図３０に示すように、出力光Ｌ２Ａのパワーを１０７７Ｗから１３２７Ｗに増加させるにつれてラマン散乱光Ｌ３Ａのパワーが急激に増大し、これとともに戻り光のパワーも急激に増大したため、出力光Ｌ２Ａのパワーを１３２７Ｗよりも増大させることが困難であった。
　図３１、図３２は、それぞれレーザ装置６００Ａ、レーザ装置１００の出力光スペクトルを示す図である。図３１では、出力光Ｌ２Ａのパワーを１２５５Ｗとしている。図３２では、出力光Ｌ２のパワーを１６８９Ｗとしている。図３１、３２から明らかなように、レーザ装置６００では、出力光Ｌ２のパワーを、レーザ装置６００Ａでは困難であった１３２７Ｗより大きい値にすることが可能であった。また、このようにレーザ装置６００Ａよりも出力光Ｌ２のパワーを高くしたにもかかわらず、波長約１１４０ｎｍのラマン散乱光Ｌ３のピーク値は、図３１のラマン散乱光Ｌ３Ａのピーク値よりも８ｄＢも小さかった。
　図３３は、レーザ装置６００の出力光スペクトルの変化を示す図である。波長１０８４ｎｍのピークが出力光Ｌ２であり、波長約１１４０ｎｍのピークがラマン散乱光Ｌ３である。図３３に示すように、出力光Ｌ２のパワーを増加させるにつれてラマン散乱光Ｌ３のピーク値が急激に増大したが、図３０の場合とは異なり、出力光Ｌ２のパワーを２００５Ｗまで増大させることが可能であった。
　図３４は、実施の形態６に係るレーザ装置６００および比較形態に係るレーザ装置６００Ａの出力光パワーと戻り光のパワーとの関係を示す図である。図３４に示すように、レーザ装置６００Ａの場合、出力光パワーが１３２７Ｗで戻り光のパワーが急激に増大している。なお、出力光パワーを１３２７Ｗよりも増加させようとしたところ戻り光のパワーが３０００ｍＷに近い値となり、ＬＥＤ等が破損するおそれがあったため、それ以上増加させなかった。これに対して、レーザ装置１００の場合は、出力光パワーを１８００Ｗまで増加させても戻り光のパワーの急激な増大は発生せず、かつ２００５Ｗまで増加させても戻り光のパワーは２５００ｍＷよりも低かった。
　図３５は、実施の形態６に係るレーザ装置６００および比較形態に係るレーザ装置６００Ａの出力光パワーとＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比との関係を示す図である。図３５に示すように、レーザ装置６００、６００Ａのいずれにおいても、ＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比が約－３０ｄＢを境界値として、境界値を超えるとＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比が急激に増大し、誘導ラマン散乱が発生することが確認された。
　図３６は、実施の形態６に係るレーザ装置６００および比較形態に係るレーザ装置６００ＡのＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比と戻り光のパワーとの関係を示す図である。図３６に示すように、レーザ装置６００とレーザ装置６００Ａとの構成の差異にもかかわらず、ＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比が約－３０ｄＢを境界値として、境界値を超えたときから戻り光のパワーが急激に増大することが確認された。
　図３６に示すように、ラマン散乱光抑制部としてのデリバリ光ファイバ２０は、出力光ファイバ４０の光出力端でのラマン散乱光Ｌ３のパワーの合計値とレーザ光Ｌ１のパワーの合計値（すなわち出力光Ｌ２のパワー）との比であるＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比が急激に増大する境界値以下になるような長さにすることが好ましい。これによって、戻り光のパワーが急激に増大することを抑制することができる。なお、境界値としては－３０ｄＢに限られず、ＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比と戻り光のパワーとの関係に応じて、たとえば－２０ｄＢ～－４０ｄＢとしてもよい。
　なお、安全のために、光検出器１４ａにおいて、ＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比が線形の変化から急激に増大する境界値を超えてある所定値になることをモニタしたら、半導体励起レーザ１６ａ、１６ｂの出力を停止することが好ましい。本発明者らは、ＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比が急激に増大する境界値を超えると、ＦＢＧ１７ａよりも後端側（ＬＥＤ１１）への戻り光パワーが急激に増大してファイバヒューズ発生のおそれが急激に増大することを発見した。そこで、光検出器１４ａのモニタ結果に応じて半導体励起レーザ１６ａ、１６ｂの出力を停止することによって、ファイバヒューズの発生をより好適に防止することができる。なお、半導体励起レーザ１６ａ、１６ｂの出力を停止すべきＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比の所定値については、たとえば出力光Ｌ２のパワーに応じて適宜設定することができる。
　図３７は、制御装置を備えるレーザ装置の構成を示す図である。図３８は、図３７に示す光ファイバレーザ１０の構成を示す図である。レーザ装置７００は、図２５に示すレーザ装置６００の構成に制御装置７１０を追加した構成を有する。レーザ装置７００では、制御装置７１０は、各光ファイバレーザ１０の光検出器１４ａおよび半導体励起レーザ１６ａ、１６ｂに接続している。制御装置７１０は、各光ファイバレーザ１０の光検出器１４ａによる受光パワーを用いて、各光ファイバレーザ１０の半導体励起レーザ１６ａ、１６ｂを制御することができ、レーザ装置７００の動作を制御することができる。　　　　　　　
　また、この他に、図３４に示されたような、出力光パワーの増加に対する戻り光パワーの増加割合(勾配)、図３５に示されたような、出力光パワー(Ｗ)の増加に対するＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比(ｄＢ)の増加割合、図３６に示されたような、ＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比(ｄＢ)の増加に対する戻り光パワー(ｍＷ)の増加割合、といったパラメータの少なくともいずれか一つを制御装置７１０が監視し、当該パラメータが急激に増大することを光検出器１４ａで検知したときに半導体励起レーザ１６ａ、１６ｂの出力を停止するようにしても良い。このような増加割合は、近接する２出力条件の間でＳＲＳや出力光パワーなどを測定し、線形補間することなどによって求めることができる。
　また、当該制御は、複数の光ファイバレーザ１０のうち、少なくともいずれか一つの光検出器１４ａが上述のパラメータの急激な増大を検知した時に、検知した光検出器１４ａを有する光ファイバレーザ１０若しくは全ての光ファイバレーザ１０の半導体励起レーザ１６ａ、１６ｂを停止するように行っても良い。
　図３９は、実施の形態６に係るレーザ装置６００の構成において、光ファイバレーザ１０の数を増減した場合のレーザ装置６００の出力光パワーの変化を示す図である。なお、図３９に示す出力光パワーはＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比が－３０ｄＢのときの値である。図３９に示すように、光ファイバレーザ１０の数を増減させることによって、戻り光のパワーの急激な増大を確実に抑制して信頼性を高めつつ、所望の高い出力光パワーを実現することができる。たとえば、光ファイバレーザ１０の数を７とすれば、約３０００Ｗの出力光パワーのレーザ装置１００を実現することができる。
　図４０は、実施の形態６に係るレーザ装置の出力光スペクトルの別の一例を示す図である。図４０では、光ファイバレーザ１０のうちの１つを、交換前よりもラマン散乱光Ｌ３の強度が－５ｄＢだけ低い別の光ファイバレーザ１０に交換したものである。また、図４０では、出力光Ｌ２のパワーを約２０００Ｗとしている。図３３では、出力光Ｌ２のパワーを２００５Ｗにした場合に、ラマン散乱光Ｌ３のピークが約－１４ｄＢである。これに対して、図４０では、出力光Ｌ２のパワーを約２０００Ｗとしながら、ラマン散乱光Ｌ３のピークが約－２５ｄＢと、図３３の場合よりも約－１１ｄＢだけ大幅に低く抑制されている。
（実施の形態７）
　つぎに、本発明の実施の形態７について説明する。図４１は、実施の形態７に係るレーザ装置の模式的な構成図である。図４１に示すように、実施の形態７に係るレーザ装置６００Ｂは、実施の形態７に係るレーザ装置６００において、７本のデリバリ光ファイバ２０を７本のデリバリ光ファイバ２０Ｂに置き換え、光ファイバレーザ１０に接続した各デリバリ光ファイバ２０Ｂに光減衰フィルタ６０を介挿した構成を有する。
　４つの光ファイバレーザ１０は、それぞれシングルモードのレーザ光Ｌ１Ｂを出力する。光コネクタ５０からはレーザ光Ｌ１Ｂが合波された出力光Ｌ２Ｂが出力される。個々の光ファイバレーザ１０およびデリバリ光ファイバ２０Ｂにおいて発生したラマン散乱光Ｌ３Ｂが光合波器３０に入力する。
　ここで、光減衰フィルタ６０はラマン散乱光Ｌ３Ｂを減衰させるように構成されているので、戻り光のパワーの急激な増大が抑制される。
　光減衰フィルタ６０としては、レーザ光Ｌ１Ｂおよび出力光Ｌ２Ｂの波長である１０８４ｎｍを透過帯域に含み、ラマン散乱光Ｌ３Ｂの波長である約１１４０ｎｍを阻止帯域に含む光バンドパスフィルタを用いることが好ましい。また、この光バンドパスフィルタとしては、出力光ファイバ４０の出力端でのラマン散乱光Ｌ３Ｂのパワーの合計値とレーザ光Ｌ１Ｂのパワーの合計値（すなわち出力光Ｌ２Ｂのパワー）との比であるＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比が急激に増大する境界値以下になるような透過特性であることが好ましい。これによって、戻り光のパワーが急激に増大することを抑制することができる。なお、境界値としては－３０ｄＢに限られず、ＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比と戻り光のパワーとの関係に応じて、たとえば－２０ｄＢ～－４０ｄＢとしてもよい。
　また、デリバリ光ファイバ２０Ｂの長さについては、光減衰フィルタ６０によってラマン散乱光Ｌ３Ｂを十分に抑制することによって、実施の形態６におけるデリバリ光ファイバ２０より長くしてもよい。
（実施の形態８）
　つぎに、本発明の実施の形態８について説明する。実施の形態８に係るレーザ装置は、図２７に示した比較形態に係るレーザ装置６００Ａにおいて、光ファイバレーザ１０を別の光ファイバレーザに置き換えた構成を有するので、以下では置き換えた光ファイバレーザの構成について具体的に説明する。
　図４２は、実施の形態８に係るレーザ装置において用いる光ファイバレーザの具体的な構成図である。図４２に示す光ファイバレーザ１０Ｃと図２７に示す光ファイバレーザ１０とを比較すると、光ファイバレーザ１０Ｃは、光合波器１５ａ、１５ｂと、これらに接続した複数の半導体励起レーザ１６ａ、１６ｂとが、増幅用光ファイバ１８ｃを双方向励起する構成である点で光ファイバレーザ１０とは異なる。なお、光ファイバレーザ１０Ｃの場合は、デリバリ光ファイバ２０の長さは、光合波器１５ｂの出力側から測った長さである。
　増幅用光ファイバ１８ｃは、増幅用光ファイバ１８ａと同様の構成を有するダブルクラッド型の光ファイバであり、その長さはたとえば２５ｍである。
　光ファイバレーザ１０Ｃでは、双方向励起構成によって、２つの光合波器１５ａから、全ての半導体励起レーザ１６ａ、１６ｂからの励起光を増幅用光ファイバ１８ｃに入力させるので、より高いパワーのレーザ光Ｌ１Ｃを出力することができる。また、ＭＯＰＡ構造である光ファイバレーザ１０と比較すると、増幅用光ファイバ１８ｃの全長は、光ファイバレーザ１０の増幅用光ファイバ１８ａと増幅用光ファイバ１８ｂとの合計の全長と比較して短く、この光ファイバレーザ１０Ｃの場合は１／２の長さである。その結果、光ファイバレーザ１０Ｃの全長も短くなるので、内部で発生するラマン散乱光のパワーも抑制される。これによって、戻り光のパワーの急激な増大が抑制される。
　増幅用光ファイバ１８ｃの長さとしては、ＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比が急激に増大する境界値以下になるような長さであることが好ましい。これによって、戻り光のパワーが急激に増大することを抑制することができる。なお、境界値としては－３０ｄＢに限られず、ＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比と戻り光のパワーとの関係に応じて、たとえば－２０ｄＢ～－４０ｄＢとしてもよい。また、増幅用光ファイバ１８ｃの長さの代わりに、例えばコア径やコア部と内側クラッド層との比屈折率差を調整して、ＳＲＳ／Ｓｉｇｎａｌ比が境界値以下になるようにしてもよい。
　なお、実施の形態６、７では、複数の光ファイバレーザ１０、複数のデリバリ光ファイバ２０、および複数の光減衰フィルタ６０はそれぞれ互いに同じ構成を有するが、本発明はこれに限定されず、互いに異なる構成の光ファイバレーザ、デリバリ光ファイバ、または光減衰フィルタを使用してもよい。
　また、実施の形態８では、レーザ装置６００Ａの全ての光ファイバレーザ１０を光ファイバレーザ１０Ｃに置き換えているが、少なくとも１つの光ファイバレーザ１０を光ファイバレーザ１０Ｃに置き換えた構成としてもよい。
　また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態１～５のレーザ装置において、光ファイバレーザの出力側最終段に位置する出力側光ファイバが、プロセス光ファイバであるマルチモード光ファイバの光出力端でのラマン散乱光のパワーの合計値とレーザ光のパワーの合計値との比が急激に大きくなる境界値以下となる長さを有するように構成してもよい。また、各実施の形態に係るレーザ装置は、図３７に示すような、ラマン散乱光の強度をもとにレーザ装置の動作を制御することができる制御装置を備えていてもよい。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　以上のように、本発明は、高出力のレーザ装置およびこれを用いた加工装置に適用して好適なものである。
　１０、１０Ｃ、１１０Ｂ、４１０　光ファイバレーザ
　１２　光バンドパスフィルタ
　１３　光カプラ
　１４ａ、１４ｂ　光検出器
　１５ａ、１５ｂ、３０、１１０Ｂｂ　光合波器
　１６ａ、１６ｂ　半導体励起レーザ
　１７ａ、１７ｂ　ＦＢＧ
　１８ａ、１８ｂ、１８ｃ　増幅用光ファイバ
　２０、２０Ａ、２０Ｂ　デリバリ光ファイバ
　４０　出力光ファイバ
　５０、１３０、３１０ａ、３１０ｂ、５１０ａ、５１０ｂ、４３０　光コネクタ
　６０　光減衰フィルタ
　１００、３００、４００、５００、６００Ａ、６００Ｂ、７００　レーザ装置
　１１０ａ　出力側シングルモード光ファイバ
　１１０ａａ、１２０ａ、４１０ａａ、４２０ａ　コア部
　１１０ａｂ、１２０ｂ、４１０ａｂ、４２０ｂ　クラッド部
　１１０ａｃ、１２０ｃ、４１０ａｃ、４２０ｃ　被覆
　１１０ａｄ、４１０ａｄ　テーパ部
　１１０、１１０Ｂａ　シングルモード光ファイバレーザ
　１１０Ｂｃ、１２０、２２０、４２０　マルチモード光ファイバ
　２００　加工ヘッド
　２１０、３１０ｃ、５１０ｃ　コリメートレンズ
　２２０、３１０ｄ、５１０ｄ　集光レンズ
　２３０　ガス導入口
　２４０　先端面
　３１０、４１０　空間光学部
　４１０　マルチモード光ファイバレーザ
　４１０ａ　出力側マルチモード光ファイバ
　７１０　制御装置

Claims (26)

  1. 　レーザ光を出力する光ファイバレーザと、
    　前記光ファイバレーザの出力側最終段に位置する光ファイバと比べて、コア径が大きく、開口数が同一またはより大きく、前記光ファイバレーザが出力する前記レーザ光を伝搬して出力する、マルチモード光ファイバであるプロセス光ファイバと、
    　を備えることを特徴とするレーザ装置。
  2. 　前記光ファイバレーザは、基底モードのレーザ光を出力するものであり、
    　前記光ファイバレーザの出力側最終段に位置する光ファイバは、前記プロセス光ファイバの光出力端でのラマン散乱光のパワーの合計値と前記レーザ光のパワーの合計値との比が急激に大きくなる境界値以下となる長さを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
  3. 　前記境界値は、－２０ｄＢ～－４０ｄＢの範囲にあることを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
  4. 　前記光ファイバレーザの出力側最終段に位置する出力側シングルモード光ファイバは、前記プロセス光ファイバの基底モードを主に励振するように該プロセス光ファイバに接続されていることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ装置。
  5. 　前記出力側シングルモード光ファイバと前記プロセス光ファイバとは、互いのコアの中心軸を一致させるように融着接続されていることを特徴とする請求項４に記載のレーザ装置。
  6. 　前記出力側シングルモード光ファイバのコアは、融着接続部において前記プロセス光ファイバに向かって拡径するテーパ部を有することを特徴とする請求項５に記載のレーザ装置。
  7. 　前記出力側シングルモード光ファイバは、前記プロセス光ファイバの高次モードを主に励振するように該プロセス光ファイバに接続されていることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ装置。
  8. 　前記出力側シングルモード光ファイバと前記プロセス光ファイバとは、互いのコアの中心軸をずらして融着接続されていることを特徴とする請求項７に記載のレーザ装置。
  9. 　前記出力側シングルモード光ファイバと前記プロセス光ファイバとは、空間光学系によって光学結合されていることを特徴とする請求項４または７に記載のレーザ装置。
  10. 　前記光ファイバレーザは、マルチモードのレーザ光を出力するものであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
  11. 　前記出力側マルチモード光ファイバと前記プロセス光ファイバとは、互いのコアの中心軸を一致させるように融着接続されていることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ装置。
  12. 　前記出力側マルチモード光ファイバのコアは、融着接続部において前記プロセス光ファイバに向かって拡径するテーパ状になっていることを特徴とする請求項１１に記載のレーザ装置。
  13. 　前記出力側マルチモード光ファイバと前記プロセス光ファイバとは、互いのコアの中心軸をずらして融着接続されていることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ装置。
  14. 　前記出力側マルチモード光ファイバと前記プロセス光ファイバとは、空間光学系によって光学結合されていることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ装置。
  15. 　基底モードのレーザ光を出力する複数の前記光ファイバレーザと、
    　前記複数の光ファイバレーザが出力する前記レーザ光を合波する光合波器と、
    　前記複数の光ファイバレーザと前記光合波器との間に配置された、前記光合波器に入力するラマン散乱光を抑制するラマン散乱光抑制部と、
    　を備え、前記プロセス光ファイバは、前記光合波器が合波した前記レーザ光をマルチモードで伝搬することを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
  16. 　前記ラマン散乱光抑制部は、前記光ファイバレーザの出力側最終段に位置する光ファイバを含み、前記レーザ光を前記光合波器へシングルモードで伝搬するデリバリ光ファイバを備え、前記デリバリ光ファイバは、前記プロセス光ファイバの光出力端での前記ラマン散乱光のパワーの合計値と前記レーザ光のパワーの合計値との比が急激に大きくなる境界値以下となる長さを有することを特徴とする請求項１５に記載のレーザ装置。
  17. 　前記ラマン散乱光抑制部は、前記レーザ光を前記光合波器へ伝搬させるデリバリ光ファイバに介挿した、前記ラマン散乱光を減衰させる光減衰フィルタを備えることを特徴とする請求項１５に記載のレーザ装置。
  18. 　前記光減衰フィルタは、前記出力光ファイバの光出力端でのラマン散乱光のパワーの合計値と前記レーザ光のパワーの合計値との比が、誘導ラマン散乱が起きる境界値以下となる透過特性を有することを特徴とする請求項１７に記載のレーザ装置。
  19. 　前記光減衰フィルタは、前記レーザ光の波長を透過帯域に含み、前記ラマン散乱光の波長を阻止帯域に含む光バンドパスフィルタであることを特徴とする請求項１７または１８に記載のレーザ装置。
  20. 　前記境界値は、－２０ｄＢ～－４０ｄＢの範囲にあることを特徴とする請求項１６～１９のいずれか一つに記載のレーザ装置。
  21. 　基底モードのレーザ光を出力する複数の前記光ファイバレーザと、
    　前記複数の光ファイバレーザが出力する前記レーザ光を合波する光合波器と、
    　を備え、
    　前記複数の光ファイバレーザの少なくとも一つは、増幅用光ファイバが、前記光合波器に入力するラマン散乱光を抑制するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
  22. 　前記少なくとも一つの光ファイバレーザの増幅用光ファイバの長さは、前記出力光ファイバの光出力端でのラマン散乱光のパワーの合計値と前記レーザ光のパワーの合計値との比が急激に増大する境界値以下になるように構成されていることを特徴とする請求項２１に記載のレーザ装置。
  23. 　前記境界値は－２０ｄＢ～－４０ｄＢの範囲にあることを特徴とする請求項２２に記載のレーザ装置。
  24. 　前記少なくとも一つの光ファイバレーザは双方向励起構成を有することを特徴とする請求項２１～２３のいずれか一つに記載のレーザ装置。
  25. 　前記光ファイバレーザは、当該光ファイバレーザに戻ってきたラマン散乱光の強度を検知する光検出器を有し、
    　前記光検出器が検知したラマン散乱光の強度をもとに、当該レーザ装置の動作を制御する制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項１～２４のいずれか一つに記載のレーザ装置。
  26. 　請求項１～２５のいずれか一つに記載のレーザ装置と、
    　前記レーザ装置から出力されたレーザ光を加工対象に導く光学系と、
    　を備えることを特徴とする加工装置。
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