WO2019146650A1

WO2019146650A1 - レーザ装置

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Publication number: WO2019146650A1
Application number: PCT/JP2019/002100
Authority: WO
Inventors: 晋也生駒
Original assignee: 株式会社フジクラ
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2019-08-01

Abstract

レーザ光を導波するマルチモードファイバを備えたレーザ装置において、四光波混合の発生を抑制すること。レーザ装置（１）は、レーザが生成したレーザ光を導波するマルチモードファイバ（ＬＤＦ）と、マルチモードファイバ（ＬＤＦ）において生じ得る四光波混合のポンプ光となる上記レーザ光の高次モードの光のうち少なくとも１つのモードの光の少なくとも一部を処理する高次モード処理部（ＭＰ）と、を備えている。

Description

レーザ装置

　本発明は、レーザ装置に関する。

　材料加工の分野では、近年、ファイバレーザ装置が広く用いられている。ファイバレーザ装置とは、コアに希土類が添加された光ファイバ（以下、「増幅用光ファイバ」とも記載）をレーザ媒質とするレーザ装置であり、共振器型のファイバレーザ装置やＭＯＰＡ型ファイバレーザ装置などが知られている。

　ファイバレーザ装置では、高出力化を進めると、非線形光学効果が問題となる。例えば、非線形光学効果の一種である誘導ラマン散乱の散乱光は、レーザ光の発振を不安定化させたり、増幅用光ファイバにポンプ光を供給するポンプ光源の信頼性を低下させたりする原因となることが知られている。

　このような問題に対処するための技術を開示した文献としては、例えば、特許文献１が挙げられる。特許文献１には、誘導ラマン散乱の散乱光のパワーを検出し、検出したパワーに応じて励起光源を制御するファイバレーザ装置が開示されている。

日本国公開特許公報「特開２０１５－９５６４１号公報」

　本願発明者らは、マルチモードファイバを含むファイバレーザ装置の出力光に、複数の導波モードが関与する四光波混合のストークス光及びアンチストークス光が含まれていることを発見した。

　図６は、ファイバレーザ装置の出力光のスペクトルを示すグラフである。図６に示すグラフにおいては、レーザ光のパワーが１０４５Ｗ、２０２０Ｗ、３０１０Ｗ、４０４０Ｗ、５０２０Ｗとなる場合の各々について、ピークパワーで規格化した出力光のスペクトルを示している。図６に示すグラフにおいて、１０７０ｎｍに現れたピークは、このファイバレーザ装置が発振するレーザ光に対応する。図６に示すグラフよれば、このレーザ光の他に、このレーザ光よりもピーク波長の長い光、及び、このレーザ光よりもピーク波長の短い光が存在していることを、確認することができる。発明者らはさらに検討を進め、これらの光は、複数の導波モードが関与する四光波混合のストークス光及びアンチストークス光であることを見出した。また、図６に示すグラフによれば、ストークス光及びアンチストークス光のパワーがレーザ光のパワーに対して指数関数的に増加することを、確認することができる。

　なお、図６に示す出力光のスペクトルは、誘導ラマン散乱の散乱光を抑制するための各種対策が施されたファイバレーザ装置によって得られたものである。このような対策が施されていないファイバレーザ装置では、四光波混合のストークス光の存在を確認することが困難となる場合がある。なぜなら、このような対策が施されていないファイバレーザ装置では、四光波混合のストークス光のピークが誘導ラマン散乱の散乱光のピークに埋もれてしまう場合があるからである。本願発明者らは、マルチモードファイバを備えたファイバレーザ装置に誘導ラマン散乱の散乱光を抑制する技術を適用することによって、四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の存在を確認することに初めて成功した。

　四光波混合のストークス光及びアンチストークス光は、それらのパワーが大きくなると、誘導ラマン散乱の散乱光と同様、レーザ光の発振を不安定化させたり、増幅用光ファイバにポンプ光を供給するポンプ光源の信頼性を低下させたりする原因となる。したがって、レーザ光の発振が不安定化し難い、又は、ポンプ光源の信頼性が低下し難いファイバレーザ装置を実現するためには、四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方のパワーをモニタすることが重要になる。

　上記のような問題は、ファイバレーザ装置に限らず、レーザ光を導波するマルチモードファイバを備えたレーザ装置一般において生じ得る。本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザ光を導波するマルチモードファイバを備えたレーザ装置において、四光波混合の発生を抑制することである。

　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るレーザ装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、コアを備え、該コアが上記レーザ光を導波するマルチモードファイバと、上記コアにおいて四光波混合が生じた場合にポンプ光となる上記レーザ光の高次モードの光のうち少なくとも１つのモードの光の少なくとも一部を処理する高次モード処理部と、を備えている。

　本発明の一態様によれば、レーザ光を導波するマルチモードファイバを備えたレーザ装置において、四光波混合の発生を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。（ａ）は、図１に示したレーザ装置が備えている高次モード処理部の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）に示した高次モード処理部の一部を構成するフォトニックバンドギャップファイバの横断面図及び縦断面図である。図２に示したフォトニックバンドギャップファイバが備えている第１コアと第２コアとの間における結合効率の長さ依存性を示すグラフである。（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置が備えている高次モード処理部の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）に示した高次モード処理部が備えているコアの横断面図である。（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ、（ａ）に示した高次モード処理部を構成するコアを伝搬する基本モード（ＬＰ０１）及び高次モード（ＬＰ１１）の分布を示すコンター図である。本発明の第３の実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。マルチモードファイバを備えたファイバレーザ装置の出力光のスペクトルを示すグラフである。（ａ）は、ｖパラメータが６であるマルチモードファイバに関して、伝搬定数差の周波数依存性を示すグラフである。（ｂ）は、ｖパラメータが８であるマルチモードファイバに関して、伝搬定数差の周波数依存性を示すグラフである。（ｃ）は、ｖパラメータが１０であるマルチモードファイバに関して、伝搬定数差の周波数依存性を示すグラフである。本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置が備えているフォトニックバンドギャップファイバにおける、第１コアを伝搬するＬＰ１１モードと第２コアを伝搬するＬＰ０１モードとの結合効率を、フォトニックバンドギャップファイバの素子長の関数として表したグラフである。（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置が備えている高次モード処理部の斜視図であり、（ｂ）は、高次モード処理部が備えるコアの断面図である。（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置が備えているコアにおけるＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードのパワー分布を表すグラフであり、（ｂ）は、高次モード処理部におけるＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの透過率を、高次モード処理部の関数として表したグラフである。

　図６は、ファイバレーザ装置の出力光のスペクトルを示すグラフである。図６に示すグラフにおいては、レーザ光のパワーが１０４５Ｗ、２０２０Ｗ、３０１０Ｗ、４０４０Ｗ、５０２０Ｗとなる場合の各々について、ピークパワーで規格化した出力光のスペクトルを示している。図６に示すグラフにおいて、１０７０ｎｍに現れたピークは、このファイバレーザ装置が発振するレーザ光に対応する。図６に示すグラフよれば、このレーザ光の他に、このレーザ光よりもピーク波長の長い光、及び、このレーザ光よりもピーク波長の短い光が存在していることを、確認することができる。また、図６に示すグラフによれば、これらの光のパワーがレーザ光のパワーに対して指数関数的に増加することを、確認することができる。

　本願発明者らが行った検討の結果、これらの光は、マルチモードファイバにおいて生じる、複数の導波モードが関与する四光波混合、より具体的には、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとが関与する四光波混合のストークス光及びアンチストークス光であることが分かった。なお、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モード以外の高次モードとが関与する四光波混合、又は、２つの高次モードとが関与する四光波混合がマルチモードファイバにおいて生じた場合に、この四光波混合のストークス光及びアンチストークス光がレーザ装置の出力光に含まれ得る。

　〔第１の実施形態〕
　（レーザ装置の構成）
　本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置１について、図１を参照して説明する。図１は、レーザ装置１の構成を示すブロック図である。

　レーザ装置１は、単一波長のレーザ光を発振する加工用のファイバレーザ装置であり、図１に示すように、ｍ個のポンプ光源ＰＳ１～ＰＳｍ、ｍ個のポンプデリバリファイバＰＤＦ１～ＰＤＦｍ、ポンプコンバイナＰＣ、増幅用光ファイバＡＦ、２個のファイバブラッググレーティングＦＢＧ１～ＦＢＧ２、レーザデリバリファイバＬＤＦ、レーザヘッドＬＨ、モニタ装置としての検出器（不図示）、及び、制御装置としての制御部（不図示）を備えている。ポンプ光源ＰＳ１～ＰＳｍとポンプデリバリファイバＰＤＦ１～ＰＤＦｍとは、互いに一対一に対応する。ここで、ｍは、２以上の任意の自然数であり、ポンプ光源ＰＳ１～ＰＳｍ及びポンプデリバリファイバＰＤＦ１～ＰＤＦｍの個数を表す。なお、図１においては、ｍ＝６の場合のレーザ装置１の構成例を示している。本節においては、検出器及び制御部以外の各部の構成について説明する。

　ポンプ光源ＰＳｊ（ｊは１以上ｍ以下の自然数）は、ポンプ光を生成する。ポンプ光としては、例えば、ピーク波長が９７５±３ｎｍ又は９１５±３ｎｍのレーザ光を用いることができる。本実施形態においては、レーザダイオードをポンプ光源ＰＳ１～ＰＳｍとして用いている。ポンプ光源ＰＳｊは、対応するポンプデリバリファイバＰＤＦｊの入力端に接続されている。ポンプ光源ＰＳｊにて生成されたポンプ光は、このポンプデリバリファイバＰＤＦｉに入力される。

　ポンプデリバリファイバＰＤＦｊは、対応するポンプ光源ＰＳｊにて生成されたポンプ光を導波する。ポンプデリバリファイバＰＤＦｊの出力端は、ポンプコンバイナＰＣの入力ポートに接続されている。ポンプデリバリファイバＰＤＦｊを導波されたポンプ光は、この入力ポートを介してポンプコンバイナＰＣに入力される。

　ポンプコンバイナＰＣは、ポンプデリバリファイバＰＤＦ１～ＰＤＦｍの各々を導波されたポンプ光を合波する。ポンプコンバイナＰＣの出力ポートは、第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１を介して増幅用光ファイバＡＦの入力端に接続されている。ポンプコンバイナＰＣにて合波されたポンプ光のうち、第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１を透過したポンプ光は、増幅用光ファイバＡＦに入力される。

　増幅用光ファイバＡＦは、第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１を透過したポンプ光を用いて、特定の波長帯域（以下、「増幅帯域」と記載）に属するレーザ光を増幅する。本実施形態においては、コアに希土類元素（例えばイッテルビウム、ツリウム、セリウム、ネオジウム、ユーロピウム、エルビウムなど）が添加されたダブルクラッドファイバを増幅用光ファイバＡＦとして用いている。この場合、第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１を透過したポンプ光は、この希土類元素を反転分布状態に維持するために用いられる。例えば、コアに添加された希土類元素がイッテルビウムの場合、増幅用光ファイバＡＦの増幅帯域は、例えば、１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域である。この場合、レーザ装置１が発振するレーザ光の波長は、１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下に設定される。増幅用光ファイバＡＦの出力端は、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を介してレーザデリバリファイバＬＤＦＵの入力端に接続されている。

　ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１～ＦＢＧ２は、増幅用光ファイバＡＦの増幅帯域に含まれる特定の波長帯域（以下、「反射帯域」と記載）に属するレーザ光を反射する。第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１は、反射帯域における反射率が第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２よりも高く、ミラーとして機能する。この第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１としては、例えば、中心波長が１０７０±３ｎｍであり、半値全幅が３．５±０．５ｎｍである反射帯域を有し、その反射帯域における反射率が９９％以上であるファイバブラッググレーティングを用いることができる。一方、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２は、反射帯域における反射率が第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１よりも低く、ハーフミラーとして機能する。この第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２としては、例えば、中心波長が１０７０±３ｎｍであり、半値全幅が３．５±０．５ｎｍである反射帯域を有し、その反射帯域における反射率が６０％であるファイバブラッググレーティングを用いることができる。このため、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１～ＦＢＧ２の反射帯域に属するレーザ光は、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１～ＦＢＧ２にて繰り返し反射され、増幅用光ファイバＡＦにて再帰的に増幅される。このように、増幅用光ファイバＡＦは、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１～ＦＢＧ２と共に、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１～ＦＢＧ２の反射帯域に属するレーザ光を発振する発振器を構成する。増幅用光ファイバＡＦにて再帰的に増幅されたレーザ光のうち、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を透過したレーザ光は、レーザデリバリファイバＬＤＦに入力される。なお、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１～ＦＢＧ２の反射帯域の中心波長は、１０７０±３ｎｍの他に、例えば、１０３０ｎｍ、１０４０ｎｍ、１０５０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１０７０ｎｍ、１０８０ｍｍ、１０８７±６ｎｍ、１０９０ｎｍであり得る。したがって、レーザ装置１の発振波長は、１０７０±３ｎｍの他に、例えば、１０３０ｎｍ、１０４０ｎｍ、１０５０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１０７０ｎｍ、１０８０ｍｍ、１０８７±６ｎｍ、１０９０ｎｍであり得る。

　レーザデリバリファイバＬＤＦは、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を透過したレーザ光を導波する。レーザデリバリファイバＬＤＦの出力端は、レーザヘッドＬＨに接続されている。レーザデリバリファイバＬＤＦを導波されたレーザ光は、このレーザヘッドＬＨを介して加工対象物Ｗに照射される。

　（マルチモードファイバにおける四光波混合）
　レーザ装置１を構成する増幅用光ファイバＡＦ、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１～ＦＢＧ２、及びレーザデリバリファイバＬＤＦは、マルチモードファイバにより実現し得る。本実施形態では、レーザデリバリファイバＬＤＦをマルチモードファイバとしている。このため、レーザ装置１では、レーザデリバリファイバＬＤＦにおいて、複数の導波モードが関与する四光波混合によって、ストークス光が増幅され、アンチストークス光が生成され得る。なお、増幅用光ファイバＡＦをマルチモードファイバにより実現した場合には、増幅用光ファイバＡＦにおいても、複数の導波モードが関与する四光波混合が生じ得る。

　ここで、複数の導波モードが関与する四光波混合とは、マルチモードファイバを導波されるレーザ光の基本モードの光及び高次モードの光をポンプ光として、或いは、マルチモードファイバを導波されるレーザ光の第１の高次モード成分と第２の高次モード成分をポンプ光として、周波数整合条件及び位相整合条件の両方を満たすストークス光及びアンチストークス光が増幅又は生成される現象のことを指す。ここで、基本モードとしては、ＬＰ０１モードが挙げられる。また、高次モードとしては、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、ＬＰ０２モード、ＬＰ３１モード、ＬＰ１２モードなどが挙げられる。

　例えば、マルチモードファイバを導波されるレーザ光のＬＰ０１モード成分及びＬＰ１１モード成分をポンプ光として、ＬＰ１１モードのストークス光が増幅され、ＬＰ０１モードのアンチストークス光が生成される場合、周波数整合条件及び位相整合条件は、以下のように書き下すことができる。

　周波数整合条件：ω_s＋ω_as＝２ω_p、・・・（１）
　位相整合条件：β’（ω_s）＋β（ω_as）＝β（ω_p）＋β’（ω_p）－γ（Ｐ＋Ｐ’）。・・・（２ｂ）

　また、マルチモードファイバを導波されるレーザ光のＬＰ０１モード成分及びＬＰ１１モード成分をポンプ光として、ＬＰ０１モードのストークス光とＬＰ１１モードのアンチストークス光とが生成される場合、周波数整合条件及び位相整合条件は、以下のように書き下すことができる。

　周波数整合条件：ω_s＋ω_as＝２ω_p、・・・（１）
　位相整合条件：β（ω_s）＋β’（ω_as）＝β（ω_p）＋β’（ω_p）－γ（Ｐ＋Ｐ’）。・・・（２ａ）

　ここで、ω_pは、レーザ光のピーク角周波数であり、ω_sは、ストークス光のピーク角周波数であり、ω_asは、アンチストークス光のピーク角周波数である。また、β（ω）は、角周波数ωのＬＰ０１モードに対するマルチモードファイバの伝搬定数であり、β’（ω）は、角周波数ωのＬＰ１１モードに対するマルチモードファイバの伝搬定数である。また、Ｐは、レーザ光のＬＰ０１モード成分のパワーであり、Ｐ’は、レーザ光のＬＰ１１モード成分のパワーである。また、γは、非線形係数である。

　ここで、ＬＰ０１モードに対するマルチモードファイバの伝搬定数β（ω）は、角周波数ωを変数とする公知の多項式により与えられ、マルチモードファイバの分散をその係数として含む。同様に、ＬＰ１１モードに対するマルチモードファイバの伝搬定数β’（ω）は、角周波数ωを変数とする公知の多項式により与えられ、マルチモードファイバの分散をその係数として含む。したがって、マルチモードファイバの分散を変えれば、伝搬定数β（ω），β’（ω）の関数形が変わる。そして、伝搬定数β（ω），β’（ω）の関数形が変われば、周波数整合条件及び位相整合条件の両方を満たす角周波数ω_s，ω_as、すなわち、ストークス光及びアンチストークス光のピーク角周波数ω_s，ω_asが変わる。そして、ストークス光及びアンチストークス光のピーク角周波数ω_s，ω_asが変われば、ストークス光及びアンチストークス光のピーク波長が変わる。したがって、マルチモードファイバにおいて生じる、四光波混合のストークス光及びアンチストークス光のピーク波長は、そのマルチモードファイバの分散に応じて決まる。なお、マルチモードファイバの分散は、公知の方法、例えば、マルチモードファイバの屈折率分布を測定することによって求められる。

　なお、ここでは、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとが関与する四光波混合について説明したが、マルチモードファイバにおける四光波混合に関与する導波モードは、ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードに限定されない。すなわち、マルチモードファイバの導波モードから任意に選択された２つの導波モードが関与する四光波混合が生じ得る。例えば、ＬＰ１１モードとＬＰ２１モードとが関与する四光波混合のように、第１の高次モードと第２の高次モードとが関与する四光波混合が生じ得る。この場合の周波数整合条件及び位相整合条件は、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの間の四光波混合と同様に与えられる。

　本願発明者らは、ＬＰ０１モードとＬＰｍｎモード（ＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、ＬＰ０２モード、ＬＰ３１モード）との組み合わせに関して、下記の式により定義される伝播定数差Δβを計算した。下記の式（３）において、β_ｍｎは、ＬＰｍｎモードの伝搬定数を表し、ｆ０は、四光波混合のポンプ光となるレーザ光の周波数を表す。また、β_ｍｎの後に付したｆ＝ｆ０＋Δｆは、そのβ_ｍｎが周波数ｆ＝ｆ０＋Δｆにおける伝搬定数であることを表し、β_ｍｎの後に付したｆ＝ｆ０－Δｆは、そのβ_ｍｎが周波数ｆ＝ｆ０－Δｆにおける伝搬定数であることを表し、β_ｍｎの後に付したｆ＝ｆ０は、β_ｍｎが周波数ｆ＝ｆ０における伝搬定数であることを表す。

　Δβ＝β_ｍｎ｜_{ｆ＝ｆ０－Δｆ}＋β_０１｜_{ｆ＝ｆ０＋Δｆ}－β_０１｜_ｆ＝ｆ０－β_ｍｎ｜_ｆ＝ｆ０・・・（３）

　上記の式（３）により定義される伝播定数差Δβが０になるΔｆが存在する場合、周波数ｆがｆ０－ΔｆであるＬＰｍｎモードのストークス光が増幅され、周波数ｆがｆ０＋ΔｆであるＬＰ０１モードのアンチストークス光が生成される四光波混合が生じる。上記の式（３）に現れるΔｆのことを、「周波数シフト」と呼ぶ。

　図７の（ａ）は、ｖパラメータが６であるマルチモードファイバに関して、本願発明者らが計算した伝播定数差Δβの周波数シフトΔｆ依存性を示すグラフである。図７の（ｂ）は、ｖパラメータが８であるマルチモードファイバに関して、本願発明者らが計算した伝播定数差Δβの周波数シフトΔｆ依存性を示すグラフである。図７の（ｃ）は、ｖパラメータが１０であるマルチモードファイバに関して、本願発明者らが計算した伝播定数差Δβの周波数シフトΔｆ依存性を示すグラフである。ここで、ｖパラメータとは、ａをコア径、ｎ_０をコアの屈折率、ｎ_１をクラッドの屈折率、λ_０をレーザ光のピーク波長として、下記の式（４）により定義される量である。

　ｖ＝２πａ（ｎ_１ ^２－ｎ_０ ^２）^１／２／λ_０　・・・（４）

　図７によると、ｖパラメータが６、８、１０のマルチモードファイバでは、ＬＰ１１モードのストークス光が増幅され、ＬＰ０１モードのアンチストークス光が生成される四光波混合が生じることが確かめられる。この場合の周波数シフトΔｆは、５～６ＴＨｚ程度（波長１５～２０ｎｍ程度に相当）である。また、図７によると、ｖパラメータが６、８、１０のマルチモードファイバでは、より高次の導波モード（例えば、ＬＰ２１モード、ＬＰ０２モード、ＬＰ３１モード）のストークス光が増幅され、ＬＰ０１モードのアンチストークス光が生成される四光波混合も生じ得ることが示唆される。このときの周波数シフトΔｆは、８ＴＨｚよりも大きくなる。

　レーザ装置１において、マルチモードファイバであるレーザデリバリファイバＬＤＦを導波されるレーザ光には、（ａ）増幅用光ファイバＡＦにて増幅された後、レーザデリバリファイバＬＤＦを順方向（レーザ光の出射方向と同方向）に導波されるレーザ光と、（ｂ）加工対象物Ｗにて反射された後、レーザデリバリファイバＬＤＦを逆方向（レーザ光の出射方向と逆方向）に導波されるレーザ光と、が含まれる。レーザデリバリファイバＬＤＦを順方向に導波されるレーザ光の２つの導波モードをポンプ光とする四光波混合のストークス光及びアンチストークス光は、（１）レーザデリバリファイバＬＤＦを順方向に導波され、（２）加工対象物Ｗにて反射され、（３）レーザデリバリファイバＬＤＦを逆方向に導波された後、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を介して増幅用光ファイバＡＦに入射する。一方、レーザデリバリファイバＬＤＦを逆方向に導波されるレーザ光の２つの導波モードをポンプ光とする四光波混合のストークス光及びアンチストークス光は、レーザデリバリファイバＬＤＦを逆方向に導波された後、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を介して増幅用光ファイバＡＦに入射する。

　第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を介して増幅用光ファイバＡＦに入射したストークス光及びアンチストークス光は、そのピーク波長又はそのピーク波長周辺の波長が増幅用光ファイバＡＦの増幅帯域に含まれている場合、増幅用光ファイバＡＦを導波される過程で増幅される場合がある。このため、増幅用光ファイバＡＦを逆方向に導波されるストークス光及びアンチストークス光のパワーが大きくなる場合がある。このようなパワーの大きいストークス光及びアンチストークス光が増幅用光ファイバＡＦを導波されると、レーザ光の発振が不安定になる可能性がある。また、このようなパワーの大きいストークス光及びアンチストークス光が、増幅用光ファイバＡＦの上流側から出射され、ポンプ光源ＰＳ１～ＰＳｍに入射すると、ポンプ光源ＰＳ１～ＰＳｍの信頼性が低下する可能性がある。

　なお、本明細書において、「マルチモードファイバ」とは、２個以上の導波モードを有する光ファイバのことを指す。マルチモードファイバの有する導波モードの個数は、マルチモードファイバの設計に応じて決まり、例えば１０個である。２個以上１０個以下の導波モードを有する所謂フューモードファイバは、マルチモードファイバの一例である。また、本明細書において、「ストークス光」とは、特にことわりがない場合、マルチモードにおいて複数の導波モードが関与する四光波混合によって生じるストークス光のことを指し、「アンチストークス光」とは、特にことわりがない場合、マルチモードにおいて複数の導波モードが関与する四光波混合によって生じるアンチストークス光のことを指す。

　（高次モード処理部）
　本実施形態に係るレーザ装置１は、コアとクラッドとを備えたマルチモードファイバにおいて生じる、複数の導波モードが関与する四光波混合の発生を抑制するために、高次モード処理部ＭＰを更に備えている（図１参照）。高次モード処理部ＭＰは、上記マルチモードファイバのコアにおいて四光波混合が生じた場合にポンプ光となる上記レーザ光の高次モードの光のうち少なくとも１つのモードの光の少なくとも一部を処理するための構成である。なお、本実施形態においては、基本モードであるＬＰ０１と、最低次の高次モードであるＬＰ１１とが四光波混合のポンプ光となる場合を例とする。

　ところで、マルチモードファイバにおいて生じ得る四光波混合のポンプ光となり得るレーザ光の高次モードの光は、ＬＰ１１モードに限定されるものではない。このことは、図７に示した伝搬定数差の周波数依存性を示すグラフからも明らかである。たとえば、図７の（ａ）に示したようにｖパラメータが６であるマルチモードファイバを例とした場合、ＬＰ１１のみならずＬＰ２１、ＬＰ０２、及びＬＰ３１も四光波混合のポンプ光となり得る。また、図７の（ａ）には図示していないが、ＬＰ１２及びＬＰ４１も四光波混合のポンプ光となり得る。

　なお、本願発明者らが検討した結果、本実施形態において取り扱う最低次の高次モードであるＬＰ１１をポンプ光の１つとする四光波混合は、上述したような様々な高次モードをポンプ光の１つとする四光波混合を考え得るなかで、観測可能な条件内において周波数整合条件及び位相整合条件の両方を満たしやすい組み合わせてであることが分かった。実際、図６に示したグラフに現れている２つのピークであって、レーザ光のピーク波長を挟み込む２つのピークは、基本モードであるＬＰ０１と、最低次の高次モードであるＬＰ１１とをポンプ光とする四光波混合のストークス光とアンチストークス光とに起因するピークであることが本願発明者らの検討により分かった。

　この構成によれば、レーザ装置１は、マルチモードファイバのコアにおいて四光波混合が生じ得る場合にポンプ光となる高次モードの光に対して、該コアの内部から外部へ取り出す、又は、該コアの内部においてそのパワーを低下させるという処理を施すことによって、該コアの内部から除去することができる。したがって、レーザ装置１は、四光波混合の発生を抑制することができる。

　本実施形態の高次モード処理部ＭＰは、レーザデリバリファイバＬＤＦの上流側端部及び下流側端部の少なくとも何れかに設けられていればよい。本実施形態では、ポンプ光源ＰＳｊが配置されている側を上流側と呼び、レーザヘッドＬＨが配置されている側を下流側と呼ぶ。したがって、図１に示すように、第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１から第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２に向かう方向をｘ軸正方向とした場合、ｘ軸負方向側が上流側であり、ｘ軸正方向側が下流側である。

　本実施形態の高次モード処理部ＭＰは、図１及び図２の（ａ）に示すように、レーザデリバリファイバＬＤＦの中途区間に挿入されている。ここで、高次モード処理部ＭＰによって分断されたレーザデリバリファイバＬＤＦのうち、上流側のレーザデリバリファイバのことを上流レーザデリバリファイバＬＤＦＵと称し、下流側のレーザデリバリファイバのことを下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤと称する。なお、レーザデリバリファイバＬＤＦの上流側端部に高次モード処理部ＭＰを設ける場合には、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２とレーザデリバリファイバＬＤＦとの間に介在するように高次モード処理部ＭＰを設ければよい。また、レーザデリバリファイバＬＤＦの下流側端部に高次モード処理部ＭＰを設ける場合には、レーザデリバリファイバＬＤＦとレーザヘッドＬＨの間に介在するように高次モード処理部ＭＰを設ければよい。

　なお、本実施形態において、レーザデリバリファイバＬＤＦは、図２の（ａ）に示すように、コアＣＯと、クラッドＣＬとにより構成されたシングルクラッドファイバである。コアＣＯの実効断面積Ａ_ｅｆｆは、レーザデリバリファイバＬＤＦがマルチモードファイバ（フューモードファイバ）とし機能するように定められている。実効断面積Ａ_ｅｆｆは、例えば、レーザデリバリファイバＬＤＦが許容すべき導波モードの個数に鑑みて適宜定めることができる。レーザデリバリファイバＬＤＦがマルチモードファイバとして機能するため、それを分断することによって得られる上流レーザデリバリファイバＬＤＦＵ及び下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤの各々も当然のことながらマルチモードファイバとして機能する。

　図２の（ａ）に示すように、高次モード処理部ＭＰは、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦと、クラッドモードストリッパＣＭＳとにより構成されている。図２の（ａ）は、高次モード処理部ＭＰの斜視図である。図２の（ｂ）は、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの横断面図及び縦断面図である。ここで、横断面とは、後述する第１コアＣＯＰ１の中心軸に直交する断面を意味し、縦断面とは、図２の（ｂ）の横断面に示した直線ＡＡ’に沿った断面を意味する。直線ＡＡ’は、横断面に含まれる直線のうち第１コアＣＯＰ１の中心と第２コアＣＯＰ２の中心とを通る直線である。なお、図２の（ｂ）に示した座標系において、図２の（ａ）に示したｘ軸正方向と一致する方向をｘ軸正方向と定めている。図２の（ｂ）に示した座標系において、（１）直線ＡＡ’に沿った方向のうち、第２コアＣＯＰ２の中心から第１コアＣＯＰ１の中心へ向かう方向をｙ軸正方向と定め、（２）ｘ軸正方向及びｙ軸正方向と共に右手系の直交座標系を構成する方向をｚ軸正方向と定めている。

　フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦは、図２の（ｂ）に示すように、第１コアＣＯＰ１と、第２コアＣＯＰ２と、クラッドＣＬＰと、複数の高屈折率ロッドＨＩＲとを備えている。第１コアＣＯＰ１と、第２コアＣＯＰ２とは、互いに並走するよう（本実施形態では平行）に配置されている。なお、図２の（ａ）においては、第１コアＣＯＰ１及び第２コアＣＯＰ２の形状を判別しやすくするため、高屈折率ロッドＨＩＲの図示を省略している。

　第１コアＣＯＰ１、第２コアＣＯＰ２、クラッドＣＬＰ、及び複数の高屈折率ロッドＨＩＲの各々は、何れも柔軟性を有し、例えば、ｘ軸方向に沿って一直線状に延伸した状態においては、円柱状の形状を有する。それぞれの外径の大小関係は、高屈折率ロッドＨＩＲの外径＜第１コアＣＯＰ１の外径＝第２コアＣＯＰ２の外径＜クラッドＣＬＰの外径となっている。なお、クラッドＣＬＰの外径及び第１コアＣＯＰ１の外径の各々は、それぞれ、レーザデリバリファイバＬＤＦのクラッドＣＬの外径及びコアＣＯの外径と等しくなるように構成されている。

　図２の（ｂ）の横断面図に示すように、第１コアＣＯＰ１と、クラッドＣＬＰとは互いに同心円状に配置されており、第１コアＣＯＰ１の側面をクラッドＣＬＰが取り囲むように配置されている。すなわち、図２の（ａ）に示した状態において、第１コアＣＯＰ１の中心軸とクラッドＣＬＰの中心軸とは一致しており、ｘ軸方向に沿っている。

　第２コアＣＯＰ２は、クラッドＣＬＰの内部であって、第１コアＣＯＰ１が配置されていない部分、すなわち、クラッドＣＬＰの中心から偏心した位置に配置されている。第２コアＣＯＰ２の中心軸は、第１コアＣＯＰ１の中心軸及びクラッドＣＬＰの中心軸の各々に沿っている（本実施形態では平行である）。第１コアＣＯＰ１と第２コアＣＯＰ２との間に生じる結合の強さは、主に第１コアＣＯＰ１と第２コアＣＯＰ２との中心間距離に依存している。したがって、この中心間距離は、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの設計パラメータの１つである。

　第１コアＣＯＰ１の屈折率ｎ_ＣＯＰ１は、クラッドＣＬＰの屈折率ｎ_ＣＬＰよりも高く、例えばレーザデリバリファイバＬＤＦのコアＣＯの屈折率ｎ_ＣＯと等しくなるように構成されている。一方、第２コアＣＯＰ２の屈折率ｎ_ＣＯＰ２は、屈折率ｎ_ＣＯＰ１を下回り、クラッドＣＬＰの屈折率ｎ_ＣＬＰと等しいか屈折率ｎ_ＣＬＰを上回るように構成されている。

　複数の高屈折率ロッドＨＩＲは、クラッドＣＬＰの内部であって、第１コアＣＯＰ１及び第２コアＣＯＰ２が配置されていない部分に配置されている。各高屈折率ロッドＨＩＲは、互いに沿うように（本実施形態では平行に）配置されている。また、各高屈折率ロッドＨＩＲの中心軸は、第１コアＣＯＰ１、第２コアＣＯＰ２、及びクラッドＣＬＰの各々の中心軸に沿っている（本実施形態では平行である）。複数の高屈折率ロッドＨＩＲの各々は、横断面を平面視した場合に、六方細密構造をとるように配置されている。また、高屈折率ロッドＨＩＲの屈折率ｎ_ＨＩＲは、屈折率ｎ_ＣＯＰ１を上回るように構成されている。隣接する高屈折率ロッドＨＩＲ同士の中心間距離、及び、屈折率ｎ_ＨＩＲは、何れもフォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの設計パラメータの１つである。

　フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦは、上述した複数の設計パラメータを好適に定めることによって、レーザ光の所定の波長（本実施形態においては１０７０ｎｍ）において、第１コアＣＯＰ１におけるＬＰ１１の実行屈折率と、第２コアＣＯＰ２におけるＬＰ０１の実効屈折率とが互いに整合するように構成されている。このように構成されたフォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦにおいて、第１コアＣＯＰ１をＬＰ０１及びＬＰ１１が伝搬する場合、ＬＰ０１は、第２コアＣＯＰ２と結合せず第１コアＣＯＰ１の内部及び近傍に分布して伝搬する。一方で、第１コアＣＯＰ１を伝搬するＬＰ１１は、第２コアＣＯＰ２を伝搬するＬＰ０１モードと結合する。そのため、第１コアＣＯＰ１の一方の端面に入射したＬＰ１１は、第１コアＣＯＰ１におけるＬＰ１１及び第２コアＣＯＰ２におけるＬＰ０１としてフォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦを伝搬する。

　ここで、ＬＰ１１モードにおける第１コアＣＯＰ１と第２コアＣＯＰ２との間における結合係数は、図３に示すように０と１との間で周期的に振動する。結合係数が０である場合、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの一方の端面において第１コアＣＯＰ１に入射したＬＰ１１は、第１コアＣＯＰ１におけるＬＰ１１として伝搬する。一方、結合係数が１である場合、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの一方の端面において第１コアＣＯＰ１に入射したＬＰ１１は、第２コアＣＯＰ２におけるＬＰ０１として伝搬する。

　したがって、結合係数が１となるようにフォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの長さＬを定めることによって（具体的には、図３に示した長さＬ１、又は、長さＬ１の奇数倍となるように長さＬを定めることによって）、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの一方の端面において第１コアＣＯＰ１に入射したＬＰ１１は、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの他方の端面において第２コアＣＯＰ２から出射される。

　このように、長さＬが長さＬ１、又は、長さＬ１の奇数倍となるフォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦは、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの一方の端面において第１コアＣＯＰ１にＬＰ０１及びＬＰ１１が入射した場合に、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの他方の端面において、ＬＰ０１を第１コアＣＯＰ１から出射し、ＬＰ１１を第２コアＣＯＰ２から出射する。すなわち、このように構成されたフォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦにおいて、ＬＰ１１が第１コアＣＯＰ１から第２コアＣＯＰ２へ取り出される際に、ＬＰ１１からＬＰ０１へ変換されて取り出される。このようにして、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦは、ＬＰ０１とＬＰ１１とを分離することができる。

　なお、本実施形態において、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦは、第１コアＣＯＰ１を伝搬するＬＰ１１と、第２コアＣＯＰ２を伝搬するＬＰ０１モードとを結合するように構成されている。しかし、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦは、第１コアＣＯＰ１を伝搬するＬＰ１１と、第２コアＣＯＰ２を伝搬するモードのうちＬＰ０１モード以外の何れかのモードとを結合するように構成されていてもよい。

　なお、本実施形態では、一方のポンプ光となる高次モードの光がＬＰ１１である場合について説明しているため、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦは、上述したように構成されている。しかし、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦは、本実施形態の構成に限定されるものではなく、一方のポンプ光となる高次モードの光のモードに応じて適宜設計することができる。例えば、一方のポンプ光となる高次モードの光がＬＰ２１である場合、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの一例は、ＬＰ２１を第１コアＣＯＰ１から第２コアＣＯＰ２へ取り出される際に、ＬＰ２１からＬＰ０１へ変換されて取り出すように構成されていればよい。

　クラッドモードストリッパＣＭＳは、コアＣＯＣとクラッドＣＬＣとを備えた光ファイバである。クラッドモードストリッパＣＭＳは、レーザデリバリファイバＬＤＦのクラッドＣＬの外側面に、該外側面を覆う樹脂層ＲＬを形成することによって得られる。したがって、コアＣＯＣ及びクラッドＣＬＣの各々は、それぞれコアＣＯとクラッドＣＬと同じ構成を有する。そのため、クラッドモードストリッパＣＭＳは、レーザデリバリファイバＬＤＦと同様にマルチモードファイバとして機能する。

　樹脂層ＲＬを構成する樹脂材料は、その屈折率ｎ_ＲＬがクラッドＣＬの屈折率ｎ_ＣＬを上回るように構成されている。ｎ_ＲＬ＞ｎ_ＣＬであることにより、クラッドモードストリッパＣＭＳは、クラッドＣＬに分布しているクラッドモード光を樹脂層ＲＬに浸み出させ、最終的には、クラッドモードストリッパＣＭＳの外部へ散逸させることができる。したがって、クラッドモードストリッパＣＭＳは、クラッドＣＬに分布しているクラッドモード光を除去することができる。なお、クラッドモードストリッパのコアＣＯＣ及びクラッドＣＬＣの各々は、それぞれ、実質的に下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤのコアＣＯ及びクラッドＣＬと連続した１つの部材である。しかし、以下では、コアＣＯＣ及びクラッドＣＬＣに対してコアＣＯ及びクラッドＣＬとは異なる符号を付けることによって区別する。

　本実施形態において、増幅用光ファイバＡＦが生成したレーザ光は、ｘ軸方向に沿ってレーザデリバリファイバＬＤＦを伝搬する。そこで、本実施形態では、（１）フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの上流側の端面（すなわち入射端面）を上流レーザデリバリファイバＬＤＦＵの下流側の端面（すなわち出射端面）に接続し、（２）フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの下流側の端面（すなわち出射端面）をクラッドモードストリッパＣＭＳの上流側の端面（すなわち入射端面）に接続し、（３）クラッドモードストリッパＣＭＳの下流側の端面（すなわち出射端面）を下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤの上流側の端面（すなわち入射端面）に接続している。換言すれば、クラッドモードストリッパＣＭＳは、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの下流側に設けられている。

　したがって、コアＣＯＣは、クラッドモードストリッパＣＭＳの入射端面において第１コアＣＯＰ１に光学的に接続されており、クラッドＣＬＣは、該入射端面において第２コアＣＯＰ２に光学的に接続されている。クラッドＣＬＣに対して第２コアＣＯＰ２から結合したＬＰ０１は、クラッドＣＬＣを伝搬するクラッドモード光となる。上述したようにクラッドＣＬＣの外側面には樹脂層ＲＬが形成されているため、クラッドモード光は、樹脂層ＲＬを介してクラッドＣＬＣの外部へ散逸する。すなわち、クラッドモードストリッパＣＭＳは、クラッドモード光をクラッドＣＬＣの外部へ散逸させる。また、第１コアＣＯＰ１は、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの入射端面において上流レーザデリバリファイバＬＤＦＵのコアＣＯに光学的に接続されており、第２コアＣＯＰ２は、該入射端面において上流レーザデリバリファイバＬＤＦＵのクラッドＣＬに光学的に接続されている。

　このように構成された高次モード処理部ＭＰによれば、上流レーザデリバリファイバＬＤＦＵのコアＣＯをｘ軸方向に（順方向に）伝搬してきたレーザ光が基本モードであるＬＰ０１と高次モードであるＬＰ１１とを含んでいる場合、ＬＰ０１は、そのまま第１コアＣＯＰ１とコアＣＯＣとを伝搬して、下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤのコアＣＯに至る。一方、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの入射端面において第１コアＣＯＰ１に入射したＬＰ１１は、上述したようにフォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの出射端面において第２コアＣＯＰ２からＬＰ０１として出射される。第２コアＣＯＰ２から出射されたＬＰ０１は、クラッドＣＬＣに入射し、樹脂層ＲＬを介してクラッドモードストリッパＣＭＳの外部へ散逸する。したがって、高次モード処理部ＭＰは、レーザデリバリファイバＬＤＦにおいて生じ得る四光波混合のポンプ光となるレーザ光の高次モード成分（すなわちＬＰ１１）を除去することができる。結果として、下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤのコアＣＯを伝搬するモードは、そのほとんどがＬＰ０１となるため、レーザ装置１は、下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤにおいて生じ得る四光波混合を抑制することができる。

　本実施形態においては、結合係数が１となるようにフォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの長さＬを定める場合を例として、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの機能について説明した。しかし、長さＬは、結合係数が１となる場合に限定されるものではない。第１コアＣＯＰ１に入射したＬＰ１１のうちある程度のＬＰ１１を第２コアＣＯＰ２のＬＰ０１に変換することができれば、下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤのコアＣＯを伝搬するＬＰ１１の強度を抑制することができるため、レーザ装置１は、四光波混合をある程度抑制することができる。そのため、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの長さＬは、図３に示した結合効率が少なくとも０．５以上となるように定められていることが好ましい。

　本実施形態においては、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの下流側にクラッドモードストリッパＣＭＳが設けられている場合を例に、高次モード処理部ＭＰの機能を説明した。しかし、クラッドモードストリッパＣＭＳは、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの上流側に設けられていてもよいし、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの下流側及び上流側の両方に設けられていてもよい。フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの下流側及び上流側の両方にクラッドモードストリッパＣＭＳが設けられている場合、これらのクラッドモードストリッパＣＭＳの各々は、請求の範囲に記載の第１クラッドモードストリッパ及び第２クラッドモードストリッパに対応する。

　フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの上流側にクラッドモードストリッパＣＭＳが設けられている場合、クラッドモードストリッパＣＭＳは、ｘ軸負方向（逆方向）に伝搬するレーザ光（すなわち戻りレーザ光）にＬＰ１１が含まれている場合に、このＬＰ１１を除去することができる。しがって、前者の構成を採用したレーザ装置１は、上流レーザデリバリファイバＬＤＦＵ及び増幅用光ファイバＡＦにおいて生じ得る四光波混合を抑制することができる。

　また、クラッドモードストリッパＣＭＳが戻りレーザ光に含まれているＬＰ１１を除去可能であるため、この構成の高次モード処理部ＭＰは、戻り光のパワーを低減することができる。したがって、レーザ装置１は、加工対象物Ｗにて反射されたレーザ光が戻りレーザ光となり得る場合であっても、その戻りレーザ光がレーザ装置１（特に各ポンプ光源ＰＳｊ）の信頼性を低下させることを抑制することができる。

　フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの下流側及び上流側にクラッドモードストリッパＣＭＳが設けられている場合、順方向に伝搬するレーザ光に含まれているＬＰ１１と、逆方向に伝搬するレーザ光に含まれているＬＰ１１とを何れも除去することができる。したがって、後者の構成を採用したレーザ装置１は、下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤ、上流レーザデリバリファイバＬＤＦＵ、及び増幅用光ファイバＡＦにおいて生じ得る四光波混合を抑制することができる。

　本実施形態においては、クラッドモードストリッパＣＭＳの樹脂層ＲＬの上流側の端部がクラッドモードストリッパＣＭＳの入射端面と一致するように構成されている。したがって、該入射端面において、コアＣＯＣは、第１コアＣＯＰ１と直接接続されている。しかし、クラッドモードストリッパＣＭＳの樹脂層ＲＬの上流側の端部は、クラッドモードストリッパＣＭＳの入射端面よりｘ軸正方向側に位置するように構成されていてもよい。この場合、クラッドモードストリッパＣＭＳとフォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦとの間にはレーザデリバリファイバが介在することになり、コアＣＯＣは、第１コアＣＯＰ１と間接的に接続されることになる。この場合であっても、高次モード処理部ＭＰは、図２の（ａ）に示した構成と同様の効果を奏することができる。

　なお、クラッドモードストリッパＣＭＳをフォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの上流側に配置する場合であっても、上述した場合と同様に、クラッドモードストリッパＣＭＳとフォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦとの間にレーザデリバリファイバが介在してもよい。

　〔第１の実施形態におけるフォトニックバンドギャップファイバの実施例〕
　第１の実施形態におけるフォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの実施例について、図８を参照して説明する。

　本実施例においては、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＦＧの緒元を、以下のように定めた。
　第１コアＣＯＰ１の直径：１３．８μｍ、
　第１コアＣＯＰ１の屈折率：１．４５、
　第２コアＣＯＰ２の直径：１３．８μｍ、
　第２コアＣＯＰ２の屈折率：１．４４６５、
　クラッドＣＬＰの屈折率：１．４５、
　高屈折率ロッドＨＩＲの直径：１．６μｍ、
　高屈折率ロッドＨＩＲの屈折率：１．７、
　高屈折率ロッドＨＩＲの間隔：４μｍ。

　図８は、本実施例に係るフォトニックバンドギャップファイバＰＦＧＦにおける、第１コアＣＯＰ１を伝搬するＬＰ１１モードと第２コアＣＯＰ２を伝搬するＬＰ０１モードとの結合効率を、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの素子長Ｌの関数として表したグラフである。

　図８に示すグラフによれば、素子長Ｌが４．３５ｍｍのときに、上記の結合効率が１になることが分かる。したがって、素子長Ｌを４．３５ｍｍに設定すれば、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの一方の端面において、ＬＰ１１モードとして第１コアＣＯＰ１に入射した光を、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの他方の端面において、ＬＰ０１モードとして出射することができる。素子長Ｌが４．３５ｍｍの奇数倍であるときにも、同様のことが可能である。

　なお、素子長Ｌが３．６８ｍｍ×ｎ以上５．０１ｍｍ×ｎ以下（ｎは任意の奇数）であれば、上記の結合効率が０．９５以上になる。また、素子長Ｌが３．４２ｍｍ×ｎ以上５．２７以下（ｎは任意の奇数）であれば、上記の結合効率が０．９以上になる。また、素子長Ｌが３．０４ｍｍ×ｎ以上５．６６ｍｍ以下であれば、上記の結合効率が０．８以上になる。これらの構成を採用する場合であっても、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの一方の端面において、ＬＰ１１モードとして第１コアＣＯＰ１に入射した光の大部分を、フォトニックバンドギャップファイバＰＢＧＦの他方の端面において、ＬＰ０１モードとして出射することができる。

　〔第２の実施形態〕
　本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置が備えている高次モード処理部ＭＰ’について、図４を参照して説明する。図４の（ａ）は、高次モード処理部ＭＰ’の斜視図である。図４の（ｂ）は、高次モード処理部ＭＰ’が備えているコアＣＯＭの横断面図である。図４の（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ、コアＣＯＭを伝搬する基本モード（ＬＰ０１）及び高次モード（ＬＰ１１）の分布を示すコンター図である。なお、本実施形態に係るレーザ装置は、高次モード処理部ＭＰ’を除いて図１に示したレーザ装置１と同じ構成を有する。

　図４の（ａ）に示すように、高次モード処理部ＭＰ’は、レーザデリバリファイバＬＤＦの中途区間に挿入されている。換言すれば、高次モード処理部ＭＰ’は、レーザデリバリファイバＬＤＦを構成する上流レーザデリバリファイバＬＤＦＵの下流側端部であり、且つ、下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤの上流側端部である位置に設けられている。本実施形態において、上流レーザデリバリファイバＬＤＦＵ又は下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤは、請求の範囲に記載の第１のマルチモードファイバの一態様である。

　高次モード処理部ＭＰ’は、図４の（ａ）に示すように、コアＣＯＭとクラッドＣＬＭとを備えたマルチモードファイバにより構成されている。この高次モード処理部ＭＰ’を構成するマルチモードファイバは、請求の範囲に記載の第２のマルチモードファイバの一態様である。高次モード処理部ＭＰ’は、コアＣＯＭの内部に形成された第１添加ロッドＤＬ１及び第２添加ロッドＤＬ２を更に備えている。

　コアＣＯＭ、クラッドＣＬＭ、第１添加ロッドＤＬ１、及び第２添加ロッドＤＬ２の各々は、何れも柔軟性を有し、例えば、ｘ軸方向に沿って一直線状に延伸した状態においては、円柱状の形状を有する。コアＣＯＭの外径は、コアＣＯの外径と一致するように構成されている。また、クラッドＣＬＭの外径は、クラッドＣＬの外径と一致するように構成されている。

　第１添加ロッドＤＬ１及び第２添加ロッドＤＬ２の各々には、レーザ光のパワーを低下させる添加物が添加されている。この添加物は、レーザ光を吸収することによってレーザ光のパワーを低下させるものであってもよいし、レーザ光を散乱することによってレーザ光のパワーを低下させるものであってもよい。この添加物の例としては、鉄（Ｆｅ）や、銅（Ｃｕ）などの金属が挙げられるが、上述したレーザ光のパワーを低下させることができる添加物であればどのような添加物であってもよい。

　図４の（ｃ）に示すように、コアＣＯＭを伝搬するＬＰ０１の分布強度は、コアＣＯＭの中心において最も高くなり、その中心から遠ざかれば遠ざかるほど低下する。一方、図４の（ｄ）に示すように、コアＣＯＭを伝搬するＬＰ１１の分布強度は、コアＣＯＭの中心からｙ軸正方向及びｙ軸負方向に偏心した２つの極大点において最も高くなり、コアＣＯＭの中心に近づけば近づくほど低下する。したがって、上述した２つの極大点の近傍領域においては、ＬＰ１１の強度がＬＰ０１の強度を上回る。

　図４の（ｂ）には、ＬＰ０１の強度がＬＰ１１の強度より顕著に高くなる領域である領域Ｒ０１と、ＬＰ１１の強度がＬＰ０１の強度より顕著に高くなる領域である領域Ｒ１１とを二点鎖線で図示している。図４の（ｂ）の横断面に示すように、第１添加ロッドＤＬ１及び第２添加ロッドＤＬ２の各々は、領域Ｒ１１の少なくとも一部と重なるように配置されている。換言すれば、第１添加ロッドＤＬ１及び第２添加ロッドＤＬ２の各々は、ＬＰ０１の強度がＬＰ１１の強度より顕著に高くなる領域である領域Ｒ０１には重ならないように配置されている。すなわち、上記添加物は、ＬＰ１１モードの光の強度がＬＰ０１モードの強度を下回る領域の少なくとも一部には添加されていない。

　このように構成された第１添加ロッドＤＬ１及び第２添加ロッドＤＬ２は、コアＣＯＭをＬＰ０１及びＬＰ１１が伝搬する過程において、ＬＰ０１及びＬＰ１１の双方のパワーを低下させる。しかし、ＬＰ０１のパワーの低下量と、ＬＰ１１のパワーの低下量とを比較した場合、ＬＰ１１のパワーの低下量がＬＰ０１のパワーの低下量を上回る。したがって、高次モード処理部ＭＰ’は、マルチモードファイバにおいて生じ得る四光波混合のポンプ光となるＬＰ１１を除去することができる。換言すれば、高次モード処理部ＭＰ’を備えたレーザ装置１は、四光波混合の発生を抑制することができる。

　第１添加ロッドＤＬ１及び第２添加ロッドＤＬ２は、順方向に伝搬するレーザ光に含まれているＬＰ１１と、逆方向に伝搬するレーザ光に含まれているＬＰ１１とを区別することなく、そのパワーを低下させることができる。したがって、高次モード処理部ＭＰ’は、下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤにおいて生じ得る四光波混合と、上流レーザデリバリファイバＬＤＦＵ及び増幅用光ファイバＡＦにおいて生じ得る四光波混合との両方を抑制することができる。

　なお、高次モード処理部ＭＰ’の長さＬは、低下させたいＬＰ１１のパワーに鑑み適宜設定することができる。

　〔第２の実施形態における高次モード処理部の変形例〕
　第２の実施形態における高次モード処理部ＭＰ’の変形例（以下、「高次モード処理部ＭＰ”」と記載する）について、図９及び図１０を参照して説明する。

　図９の（ａ）は、高次モード処理部ＭＰ”の斜視図であり、図９の（ｂ）は、高次モード処理部ＭＰ”が備えるコアＣＯＭの断面図である。

　図９の（ａ）に示すように、高次モード処理部ＭＰ”は、レーザデリバリファイバＬＤＦの中途区間に挿入されている。換言すれば、高次モード処理部ＭＰ”は、上流レーザデリバリファイバＬＤＦＵの下流側端部と、下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤの上流側端部との間に設けられている。本実施形態において、上流レーザデリバリファイバＬＤＦＵ又は下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤは、請求の範囲に記載の第１のマルチモードファイバの一態様である。高次モード処理部ＭＰ”は、コアＣＯＭとクラッドＣＬＭとを備えたマルチモードファイバにより構成されている。この高次モード処理部ＭＰ’を構成するマルチモードファイバは、請求の範囲に記載の第２のマルチモードファイバの一態様である。

　図９の（ｂ）に示すように、高次モード処理部ＭＰ”のコアＣＯＭは、中心軸を含む円柱状の第１領域ＣＯＭ１と、第１領域ＣＯＭ１を取り囲む円筒状の第２領域ＣＯＭ２と、により構成されている。第１領域ＣＯＭ１と第２領域ＣＯＭ２との境界は、第２領域ＣＯＭ２を通るＬＰ１１モードのパワーが第２領域ＣＯＭ２を通るＬＰ０１モードのパワーを上回るように設定されている。

　第２領域ＣＯＭ２には、レーザ光のパワーを低下させるための添加物が添加されている。この添加物は、レーザ光を吸収することによってレーザ光のパワーを低下させるものであってもよいし、レーザ光を散乱することによってレーザ光のパワーを低下させるものであってもよい。この添加物の例としては、例えば、鉄（Ｆｅ）や銅（Ｃｕ）などの金属が挙げられる。ただし、レーザ光のパワーを低下させることができる添加物であればどのような添加物であってもよい。なお、第１領域ＣＯＭ１には、このような添加物が添加されていない。

　このように構成された高次モード処理部ＭＰ”は、コアＣＯＭをＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードが伝搬する過程において、ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの双方のパワーを低下させる。しかし、ＬＰ０１モードのパワーの低下量と、ＬＰ１１モードのパワーの低下量とを比較した場合、ＬＰ１１モードのパワーの低下量がＬＰ０１モードのパワーの低下量を上回る。したがって、高次モード処理部ＭＰ”は、マルチモードファイバにおいて生じ得る四光波混合のポンプ光となるＬＰ１１モードを選択的に除去することができる。換言すれば、高次モード処理部ＭＰ”を備えたレーザ装置１は、四光波混合の発生を抑制することができる。

　図１０の（ａ）は、外径が２８μｍのコアＣＯＭにおけるＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードのパワー分布を表すグラフである。図１０の（ａ）によれば、コア中心からの距離が４．３μｍ以上の領域において、ＬＰ１１モードのパワーがＬＰ０１モードのパワーを上回ることが分かる。したがって、この場合、第１領域ＣＯＭ１の外径（すなわち、第２領域ＣＯＭ２の内径）を４．３μｍ以上に設定すれば、四光波混合を抑制する効果を有する高次モード処理部ＭＰ”を実現することができる。

　図１０の（ｂ）は、第１領域ＣＯＭ１の外径（すなわち、第２領域ＣＯＭ２の内径）が２０μｍであり、第２領域ＣＯＭ２の外径が２８μｍである高次モード処理部ＭＰ”におけるＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの透過率を、高次モード処理部ＭＰ”の関数として表したグラフである。第２領域ＣＯＭ２に添加する金属の添加量は、光の減衰率が１０ｄＢ／ｍとなるように決められている。図１０の（ｂ）によれば、高次モード処理部ＭＰ”によって、四光波混合のポンプ光となるＬＰ１１モードが選択的に除去できることが確かめられる。

　〔第３の実施形態〕
　本発明の第３の実施形態に係るレーザ装置３について、図５を参照して説明する。図５は、レーザ装置３の構成を示すブロック図である。

　レーザ装置３は、単一波長のレーザ光を発振する加工用のファイバレーザ装置であり、図５に示すように、ｍ個のポンプ光源ＰＳ１～ＰＳｍ、ｍ個のポンプデリバリファイバＰＤＦ１～ＰＤＦｍ、ポンプコンバイナＰＣ、増幅用光ファイバＡＦ、２個のファイバブラッググレーティングＦＢＧ１～ＦＢＧ２、ｋ個の励起光源ＰＳ’１～ＰＳ’ｋ、ｋ個のポンプデリバリファイバＰＤＦ’１～ＰＤＦ’ｋ、ポンプコンバイナＰＣ’、種光ファイバＳＦ、増幅用光ファイバＡＦ’、レーザデリバリファイバＬＤＦ、レーザヘッドＬＨ、高次モード処理部ＭＰ１、及び、高次モード処理部ＭＰ２を備えている。

　本実施形態に係るレーザ装置３の備えるポンプ光源ＰＳ１～ＰＳｍ、ポンプデリバリファイバＰＤＦ１～ＰＤＦｍ、ポンプコンバイナＰＣ、増幅用光ファイバＡＦ、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１～ＦＢＧ２、レーザデリバリファイバＬＤＦ、及び、レーザヘッドＬＨは、それぞれ、第１の実施形態に係るレーザ装置１の備えるポンプ光源ＰＳ１～ＰＳｍ、ポンプデリバリファイバＰＤＦ１～ＰＤＦｍ、ポンプコンバイナＰＣ、増幅用光ファイバＡＦ、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１～ＦＢＧ２、レーザデリバリファイバＬＤＦ、及び、レーザヘッドＬＨと同様に構成されている。

　以下、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２とレーザデリバリファイバＬＤＦとの間に追加されたポンプ光源ＰＳ’１～ＰＳ’ｋ、ポンプデリバリファイバＰＤＦ’１～ＰＤＦ’ｋ、ポンプコンバイナＰＣ’、種光ファイバＳＦ、及び増幅用光ファイバＡＦ’について説明する。なお、ポンプ光源ＰＳ’１～ＰＳ’ｋとポンプデリバリファイバＰＤＦ’１～ＰＤＦ’ｋとは、互いに一対一に対応する。ここで、ｋは、２以上の任意の自然数であり、ポンプ光源ＰＳ’１～ＰＳ’ｋ及びポンプデリバリファイバＰＤＦ’１～ＰＤＦ’ｋの個数を表す。なお、図５においては、ｋ＝６の場合のレーザ装置３の構成例を示している。

　ポンプ光源ＰＳ’ｊ（ｊは１以上ｋ以下の自然数）は、ポンプ光を生成する。ポンプ光としては、例えば、ピーク波長が９７５±３ｎｍ又は９１５±３ｎｍのレーザ光を用いることができる。本実施形態においては、レーザダイオードをポンプ光源ＰＳ’１～ＰＳ’ｋとして用いている。ポンプ光源ＰＳ’ｊは、対応するポンプデリバリファイバＰＤＦ’ｊの入力端に接続されている。ポンプ光源ＰＳ’ｊにて生成されたポンプ光は、このポンプデリバリファイバＰＤＦ’ｊに入力される。

　ポンプデリバリファイバＰＤＦ’ｊは、対応するポンプ光源ＰＳ’ｊにて生成されたポンプ光を導波する。ポンプデリバリファイバＰＤＦ’ｊの出力端は、ポンプコンバイナＰＣ’の入力ポートに接続されている。ポンプデリバリファイバＰＤＦ’ｊを導波されたポンプ光は、この入力ポートを介してポンプコンバイナＰＣ’に入力される。

　ポンプコンバイナＰＣ’は、ポンプデリバリファイバＰＤＦ’１～ＰＤＦ’ｋの各々を導波されたポンプ光を合波する。ポンプコンバイナＰＣ’の出力ポートは、増幅用光ファイバＡＦ’の入力端に接続されている。ポンプコンバイナＰＣ’にて合波されたポンプ光は、種光ファイバＳＦを介して増幅用光ファイバＡＦ’に入力される。なお、本実施形態において種光ファイバＳＦは、レーザデリバリファイバと同様にマルチモードファイバにより構成されている。

　増幅用光ファイバＡＦ’は、ポンプコンバイナＰＣ’にて合波されたポンプ光を用いて、特定の波長帯域（以下、「増幅帯域」と記載）に属するレーザ光を増幅する。本実施形態においては、コアに希土類元素（例えばイッテルビウム、ツリウム、セリウム、ネオジウム、ユーロビウム、エルビウムなど）が添加されたダブルクラッドファイバを増幅用光ファイバＡＦとして用いている。この場合、ポンプコンバイナＰＣ’にて合波されたポンプ光は、この希土類元素を反転分布状態に維持するために用いられる。例えば、コアに添加された希土類元素がイッテルビウムの場合、増幅用光ファイバＡＦ’の増幅帯域は、例えば、１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域である。増幅用光ファイバＡＦ’から出力されるレーザ光のピーク波長は、例えば、ＭＯ部と増幅用光ファイバＡＦ’との間に波長変換素子が含まれていない場合、ＭＯ部の発振波長に一致又は略一致する。或いは、ＭＯ部と増幅用光ファイバＡＦ’との間に波長変換素子が含まれている場合、ＭＯ部の発振波長に特定の波長を加えた波長、又は、ＭＯ部の波長から特定の波長を減じた波長に一致又は略一致する。

　以上のように構成されたレーザ装置３は、ポンプ光源ＰＳ１～ＰＳｍ、ポンプデリバリファイバＰＤＦ１～ＰＤＦｍ、ポンプコンバイナＰＣ、増幅用光ファイバＡＦ、及びファイバブラッググレーティングＦＢＧ１～ＦＢＧ２をＭＯ（Master Oscillator）部とし、種光ファイバＳＦ、ポンプ光源ＰＳ’１～ＰＳ’ｋ、ポンプデリバリファイバＰＤＦ’１～ＰＤＦ’ｋ、ポンプコンバイナＰＣ’、及び増幅用光ファイバＡＦ’をＰＡ（Power Amplifier）部とするＭＯＰＡ型のファイバレーザとして機能する。レーザデリバリファイバＬＤＦを導波され、レーザヘッドＬＨを介して加工対象物Ｗに照射されるレーザ光のピーク波長は、例えば、ＭＯ部と増幅用光ファイバＡＦ’との間に波長変換素子が含まれていない場合、ＭＯ部の発振波長に一致又は略一致する。或いは、ＭＯ部と増幅用光ファイバＡＦ’との間に波長変換素子が含まれている場合、ＭＯ部の発振波長に特定の波長を加えた波長、又は、ＭＯ部の波長から特定の波長を減じた波長に一致又は略一致する。

　本実施形態に係るレーザ装置３においては、増幅用光ファイバＡＦにて増幅された種光が、マルチモードファイバである種光ファイバＳＦを導波され、増幅用光ファイバＡＦ’にて種光から増幅されたレーザ光が、マルチモードファイバであるレーザデリバリファイバＬＤＦを導波される。また、本実施形態に係るレーザ装置３においては、加工対象物Ｗにて反射されたレーザ光が戻りレーザ光となり、その戻りレーザ光がマルチモードファイバであるレーザデリバリファイバＬＤＦを導波され、場合によっては、戻りレーザ光がマルチモードファイバである種光ファイバＳＦを導波される。この際、レーザデリバリファイバＬＤＦ及び種光ファイバＳＦの少なくとも何れかにおいて、複数の導波モードが関与する四光波混合によって、ストークス光が増幅されると共に、アンチストークス光が生成される。なお、増幅用光ファイバＡＦ’もマルチモードファイバであり得る。この場合、増幅用光ファイバＡＦ’においても、複数の導波モードが関与する四光波混合によって、ストークス光が増幅されると共に、アンチストークス光が生成され得る。

　本実施形態において、高次モード処理部ＭＰ１は、図２に示した高次モード処理部ＭＰと同じ構成を有する。すなわち、図５に示すように、レーザデリバリファイバＬＤＦは、上流レーザデリバリファイバＬＤＦＵと下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤとに二分されており、高次モード処理部ＭＰ１は、上流レーザデリバリファイバＬＤＦＵと下流レーザデリバリファイバＬＤＦＤとの間に挿入されている。高次モード処理部ＭＰ１は、図２に示した高次モード処理部ＭＰと同じ効果を奏する。

　本実施形態において、高次モード処理部ＭＰ２は、その挿入されている位置と向きとを除いて、図２に示した高次モード処理部ＭＰと同じ構成を有する。具体的には、図５に示すように、種光ファイバＳＦは、上流種光ファイバＳＦＵと、下流種光ファイバＳＦＤとに二分されており、高次モード処理部ＭＰ２は、上流種光ファイバＳＦＵと、下流種光ファイバＳＦＤとの間に挿入されている。高次モード処理部ＭＰ２においては、そのクラッドモードストリッパがフォトニックバンドギャップファイバの上流側に配置されている。この構成によれば、高次モード処理部ＭＰ２は、戻りレーザ光に高次モードの光のうち少なくとも１つのモードの光であるＬＰ１１が含まれている場合に、このＬＰ１１をクラッドモード光として除去することができる。したがって、高次モード処理部ＭＰ２を備えていることによって、レーザ装置３は、種光ファイバＳＦにおいて生じ得る四光波混合を抑制することができる。

　なお、本実施形態において、レーザ装置３は、高次モード処理部ＭＰ１及び高次モード処理部ＭＰ２の両方を備えているが、その何れか一方を省略することもできる。すなわち、レーザ装置３は、高次モード処理部ＭＰ１及び高次モード処理部ＭＰ２のうち少なくとも何れか一方を備えていればよい。

　また、ＭＯ部として共振器型のファイバレーザ装置を用いる構成について説明したが、これに限定されない。すなわち、ＭＯ部として共振器型のファイバレーザ以外の種光源を備えていてもよい。ＭＯ部を構成する種光源としては、例えば、発振波長（発振するレーザ光のピーク波長）が１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域に含まれるレーザダイオードを用いることができる。レーザダイオードの代わりに、レーザダイオード以外の半導体レーザ装置、固体レーザ装置、液体レーザ装置、又は気体レーザ装置を用いても構わない。

　また、第３の実施形態において、ＭＯ部とＰＡ部とが種光ファイバＳＦを介して連結されたＭＯＰＡ型のファイバレーザについて説明したが、これに限定されない。すなわち、ＭＯ部とＰＡ部とが、プリアンプ部を介して連結されていてもよい。このプリアンプ部には、例えば、コアに希土類元素が添加された光ファイバ（すなわち、増幅用光ファイバ）を用いることができる。このようなプリアンプ部を用いれば、レーザヘッドＬＨから出力されるレーザ光のパワーをより大きくすることが可能になる。また、ＭＯ部とＰＡ部との間に、音響光学素子（ＡＯＭ：Acoustic Optic Modulation）を更に備えていても構わない。音響光学素子は、外部から電流により制御することによって、種光（ＭＯ部の出力光）を透過するＯＮ状態と、種光を反射するＯＦＦ状態とを切り替えることができる。このような音響光学素子を用いれば、レーザヘッドＬＨから出力されるレーザ光のパルスパターンを自在に制御することが可能になる。

　なお、第１の実施形態において説明した好ましい構成は、本実施形態に係るレーザ装置３にも適用することができる。第１の実施形態において説明した好ましい構成を本実施形態に係るレーザ装置３に適用した場合、第１の実施形態において説明したその好ましい構成に対応する効果が、本実施形態に係るレーザ装置３においても得られる。

　〔その他の実施形態〕
　第１及び第２の実施形態においては、共振器型のファイバレーザ装置について説明し、第３の実施形態においては、ＭＯＰＡ型のファイバレーザ装置について説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これらの形式のファイバレーザ装置に限定されない。すなわち、本発明は、任意の形式のファイバレーザ装置に適用することが可能である。

　更に、本発明の適用範囲は、ファイバレーザ装置に限定されない。すなわち、任意のレーザ光源と、このレーザ光源から出力されたレーザ光を導波するマルチモードファイバとを備えたレーザ装置は、本発明の適用範囲に含まれる。ここで、レーザ光源は、固体レーザ装置、半導体レーザ装置、液体レーザ装置、又は気体レーザ装置であり得る。例えば、ＹＡＧレーザ（固体レーザ装置の一例）と、このＹＡＧレーザから出力されたレーザ光を導波するマルチモードファイバとを備えたレーザ装置は、本発明の適用範囲に含まれるレーザ装置の一例である。このようなレーザ装置においては、マルチモードファイバにおいて複数の導波モードが関与する四光波混合が生じ得る。このため、四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方のパワーをモニタすることは、このようなレーザレーザ装置においても有効である。

　〔まとめ〕
　本発明の一態様に係るレーザ装置（１，３）は、レーザ光を出射するレーザ光源（ＰＳ１～ＰＳｍ，ＰＳ’１～ＰＳ’ｋ）と、コア（ＣＯ，ＣＯＰ１，ＣＯＰ２，ＣＯＣ，ＣＯＭ）を備え、該コア（ＣＯ，ＣＯＰ１，ＣＯＰ２，ＣＯＣ，ＣＯＭ）が上記レーザ光を導波するマルチモードファイバと、上記コア（ＣＯ，ＣＯＰ１，ＣＯＰ２，ＣＯＣ，ＣＯＭ）において四光波混合が生じた場合にポンプ光となる上記レーザ光の高次モードの光のうち少なくとも１つのモードの光の少なくとも一部を処理する高次モード処理部（ＭＰ，ＭＰ’，ＭＰ１，ＭＰ２）と、を備えている。

　本発明の一態様に係るレーザ装置（１，３）において、上記高次モード処理部（ＭＰ，ＭＰ１，ＭＰ２）は、上記マルチモードファイバの上流側端部及び下流側端部の少なくとも何れかに設けられたフォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）であって、上記コアである第１コア（ＣＯＰ１）と、該第１コア（ＣＯＰ１）とは別の第２コア（ＣＯＰ２）とを備え、上記第１コア（ＣＯＰ１）と上記第２コア（ＣＯＰ２）とが互いに並走しているフォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）を備えており、上記フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）は、上記高次モードの光のうち少なくとも１つのモードの光の少なくとも一部を上記第１コア（ＣＯＰ１）から上記第２コア（ＣＯＰ２）へ取り出す。

　本発明の一態様に係るレーザ装置（１，３）において、上記高次モード処理部（ＭＰ，ＭＰ１，ＭＰ２）は、コア（ＣＯＣ）とクラッド（ＣＬＣ）とを備え、上記フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）の上流側及び下流側の少なくとも一方に設けられたクラッドモードストリッパ（ＣＭＳ）であって、該クラッドモードストリッパ（ＣＭＳ）のコア（ＣＯＣ）が光学的に上記第１コア（ＣＯＰ１）に接続されており、且つ、該クラッドモードストリッパ（ＣＭＳ）のクラッド（ＣＬＣ）が光学的に上記第２コア（ＣＯＰ２）に接続されているクラッドモードストリッパ（ＣＭＳ）を更に備えており、該クラッドモードストリッパ（ＣＭＳ）は、自身の上記クラッド（ＣＬＣ）を伝搬する光であるクラッドモード光を該クラッドの外部へ散逸させる。

　本発明の一態様に係るレーザ装置（１，３）において、上記クラッドモードストリッパ（ＣＭＳ）は、上記フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）の下流側に設けられていることが好ましい。

　本発明の一態様に係るレーザ装置（１，３）において、上記クラッドモードストリッパ（ＣＭＳ）は、上記フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）の上流側に設けられていることが好ましい。

　本発明の一態様に係るレーザ装置（１，３）において、上記クラッドモードストリッパ（ＣＭＳ）を第１クラッドモードストリッパ（ＣＭＳ）として、上記高次モード処理部（ＭＰ，ＭＰ１，ＭＰ２）は、コア（ＣＯＣ）とクラッド（ＣＬＣ）とを備え、上記フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）の上流側及び下流側のうち上記第１クラッドモードストリッパ（ＣＭＳ）が設けられていない側に設けられた第２クラッドモードストリッパ（ＣＭＳ）であって、該第２クラッドモードストリッパ（ＣＭＳ）のコア（ＣＯＣ）が光学的に上記第１コア（ＣＯＰ１）に接続されており、且つ、該第２クラッドモードストリッパ（ＣＭＳ）のクラッド（ＣＬＣ）が光学的に上記第２コア（ＣＯＰ２）に接続されている第２クラッドモードストリッパ（ＣＭＳ）を更に備えていることが好ましい。

　本発明の一態様に係るレーザ装置（１，３）において、上記フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）の長さは、上記第１コア（ＣＯＰ１）と上記第２コア（ＣＯＰ２）との間の結合効率のうち、上記高次モードの光のうち少なくとも１つのモードの光に対する結合効率が、０．５以上となるように定められていることが好ましい。

　本発明の一態様に係るレーザ装置（１，３）において、上記フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）が上記高次モードの光のうち少なくとも１つのモードの光の少なくとも一部を上記第１コア（ＣＯＰ１）から上記第２コア（ＣＯＰ２）へ取り出すときに、取り出された光のモードは、他のモードへ変換される。

　本発明の一態様に係るレーザ装置（１，３）において、上記マルチモードファイバを第１のマルチモードファイバとして、上記高次モード処理部（ＭＰ’）は、コア（ＣＯＭ）を備え、上記第１のマルチモードファイバの上流側端部及び下流側端部の少なくとも何れかに設けられた第２のマルチモードファイバにより構成されており、該第２のマルチモードファイバのコア（ＣＯＭ）のうち、上記高次モードの光のパワーが上記四光波混合のポンプ光となる上記レーザ光の基本モードの光のパワーを上回る領域の少なくとも一部には、上記レーザ光のパワーを低下させる添加物が添加されている。

　本発明の一態様に係るレーザ装置（１，３）は、上記四光波混合のポンプ光となる上記レーザ光の基本モードの光は、ＬＰ０１であり、上記高次モードの光のうち少なくとも１つのモードの光は、ＬＰ１１である場合に一層効果的である。

　〔付記事項〕
　本発明は上述した実施形態、変形例、又は実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態、変形例、又は実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、上述した実施形態では、スペクトル測定器及び制御部を構成要素とする光パワー推定装置について説明したが、光パワー推定装置は、少なくともスペクトル測定器及び制御部を備えていればよく、スペクトル測定器及び制御部以外の構成要素を備えていても構わない。

　１、３　　　　　　　　　　レーザ装置
　ＰＳ１～ＰＳｍ　　　　ポンプ光源
　ＰＤＦ１～ＰＤＦｍ　　ポンプデリバリファイバ
　ＰＣ　　　　　　　　　ポンプコンバイナ
　ＡＦ　　　　　　　　　増幅用光ファイバ
　ＦＢＧ１～ＦＢＧ２　　ファイバブラッググレーティング
　ＰＳ’１～ＰＳ’ｋ　　　ポンプ光源
　ＰＤＦ’１～ＰＤＦ’ｋ　ポンプデリバリファイバ
　ＰＣ’　　　　　　　　　ポンプコンバイナ
　ＡＦ’　　　　　　　　　増幅用光ファイバ
　ＬＤＦ　　　　　　　　レーザデリバリファイバ
　ＬＨ　　　　　　　　　レーザヘッド
　ＭＰ，ＭＰ’　　　高次モード処理部
　ＰＢＧＦ　　　　　　　フォトニックバンドギャップファイバ
　ＣＯＰ１，ＣＯＰ２　　第１コア，第２コア
　ＣＬＰ，ＣＬＭ　　　　クラッド
　ＣＯＭ　　　　　　　　コア
　ＤＬ１　　　　第１添加ロッド
　ＤＬ２　　　　第２添加ロッド
　ＣＭＳ　　　　　　　　クラッドモードストリッパ
　ＣＯＣ　　　　　　　　コア
　ＣＬＣ　　　　　　　　クラッド
　ＲＬ　　　　　　　　　樹脂層

Claims

　レーザ光を出射するレーザ光源と、
　コアを備え、該コアが上記レーザ光を導波するマルチモードファイバと、
　上記コアにおいて四光波混合が生じた場合にポンプ光となる上記レーザ光の高次モードの光のうち少なくとも１つのモードの光の少なくとも一部を処理する高次モード処理部と、を備えている、
ことを特徴とするレーザ装置。
　上記高次モード処理部は、
　　上記マルチモードファイバの上流側端部及び下流側端部の少なくとも何れかに設けられたフォトニックバンドギャップファイバであって、上記コアである第１コアと、該第１コアとは別の第２コアとを備え、上記第１コアと上記第２コアとが互いに並走しているフォトニックバンドギャップファイバを備えており、
　上記フォトニックバンドギャップファイバは、上記高次モードの光のうち少なくとも１つのモードの光の少なくとも一部を上記第１コアから上記第２コアへ取り出す、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
　上記高次モード処理部は、コアとクラッドとを備え、上記フォトニックバンドギャップファイバの上流側及び下流側の少なくとも一方に設けられたクラッドモードストリッパであって、該クラッドモードストリッパのコアが光学的に上記第１コアに接続されており、且つ、該クラッドモードストリッパのクラッドが光学的に上記第２コアに接続されているクラッドモードストリッパを更に備えており、
　該クラッドモードストリッパは、自身の上記クラッドを伝搬する光であるクラッドモード光を該クラッドの外部へ散逸させる、
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
　上記クラッドモードストリッパは、上記フォトニックバンドギャップファイバの下流側に設けられている、
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
　上記クラッドモードストリッパは、上記フォトニックバンドギャップファイバの上流側に設けられている、
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
　上記クラッドモードストリッパを第１クラッドモードストリッパとして、
　上記高次モード処理部は、コアとクラッドとを備え、上記フォトニックバンドギャップファイバの上流側及び下流側のうち上記第１クラッドモードストリッパが設けられていない側に設けられた第２クラッドモードストリッパであって、該第２クラッドモードストリッパのコアが光学的に上記第１コアに接続されており、且つ、該第２クラッドモードストリッパのクラッドが光学的に上記第２コアに接続されている第２クラッドモードストリッパを更に備えている、
ことを特徴とする請求項３～５の何れか１項に記載のレーザ装置。
　上記フォトニックバンドギャップファイバの長さは、上記第１コアと上記第２コアとの間の結合効率のうち、上記高次モードの光のうち少なくとも１つのモードの光に対する結合効率が、０．５以上となるように定められている、
ことを特徴とする請求項２～６の何れか１項に記載のレーザ装置。
　上記フォトニックバンドギャップファイバが上記高次モードの光のうち少なくとも１つのモードの光の少なくとも一部を上記第１コアから上記第２コアへ取り出すときに、取り出された光のモードは、他のモードへ変換される、
ことを特徴とする請求項２～７の何れか１項に記載のレーザ装置。
　上記マルチモードファイバを第１のマルチモードファイバとして、
　上記高次モード処理部は、コアを備え、上記第１のマルチモードファイバの上流側端部及び下流側端部の少なくとも何れかに設けられた第２のマルチモードファイバにより構成されており、
　該第２のマルチモードファイバのコアのうち、上記高次モードの光のパワーが上記四光波混合のポンプ光となる上記レーザ光の基本モードの光のパワーを上回る領域の少なくとも一部には、上記レーザ光のパワーを低下させる添加物が添加されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
　上記四光波混合のポンプ光となる上記レーザ光の基本モードの光は、ＬＰ０１であり、上記高次モードの光のうち少なくとも１つのモードの光は、ＬＰ１１である、
ことを特徴とする請求項１～９の何れか１項に記載のレーザ装置。