CN102668272A - 光纤合束器及使用其的光纤激光器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明目的在于提供一种能够实现抑制使激发光源产生损伤的光纤激光器装置的光纤合束器以及使用其的光纤激光器装置。光纤合束器(100)的特征在于，具备激发光传播用光纤(20)，其传播激发光，并具有纤芯(21)与包层(22)；激光传播用光纤(10)，其传播波长比激发光的波长长的激光，并具有纤芯(11)与包层(12)；和大面积光纤(30)，其传播激光以及激发光，并具有纤芯(31)以及包层(32)，其中，激光传播用光纤(10)的一侧的端面与大面积光纤(30)的一侧的端面熔接，并且激发光传播用光纤(20)的一侧的端面与大面积光纤(30)的一侧的端面熔接，激光传播用光纤(10)与激发光传播用光纤(20)为相互非熔接状态。

Description

光纤合束器及使用其的光纤激光器装置
技术领域
本发明涉及光纤合束器及使用其的光纤激光器装置。
背景技术
在光纤激光器装置中，向添加了稀土元素的纤芯并被包层覆盖的放大用光纤输入激发光，利用该激发光来放大信号光等激光。然后，被放大的激光从放大用光纤一侧的纤芯输出。
在这样的光纤激光器装置中，由于要向放大用光纤输入激发光，因此往往要使用光纤合束器。在下述专利文献1中记载有这样的光纤合束器的一例。
在下述专利文献1中记载的光纤合束器中，传播信号光等激光的激光传播用光纤以及传播激发光的激发光传播用光纤与具有纤芯以及包层的双包层光纤熔接。具体而言，传播信号光等激光的激光传播用光纤的端部与传播激发光的激发光传播用光纤的端部被捆扎，激光传播用光纤的侧面与激发光传播用光纤的侧面相互被熔接。而且，激光传播用光纤的纤芯与具有纤芯以及包层的双包层光纤的纤芯的位置被对准，激光传播用光纤的端面以及激发光传播用光纤的端面与双包层光纤的端面被熔接。这样，激光在双包层光纤的纤芯与激光传播用光纤的纤芯之间被传播，激发光在激发光传播用光纤与双包层光纤的包层之间被传播(专利文献1)。
专利文献1：日本特表2007-506119号公报
然而，在光纤激光器装置中存在由输入放大用光纤的激发光的那侧输出激光的所谓的后方激发型的光纤激光器装置。当在这样的光纤激光器装置中使用上述专利文献1中所记载的光纤合束器时，将激发光传播用光纤与激发光源连接，将双包层光纤与放大用光纤连接，从而被放大用光纤放大的激光经由光纤合束器的双包层光纤与激光传播用光纤被输出。但是，在这样的光纤激光器装置中，往往使激发光源产生损伤。
发明内容
于是，本发明的目的在于提供一种能够实现抑制对激发光源造成损伤的光纤激光器装置的光纤合束器以及使用其的光纤激光器装置。
为了解决上述课题，本发明者在使用了上述专利文献1中记载的光纤合束器的光纤激光器装置中对激发光源产生损伤的原因进行了专心研讨。其结果明确了对于上述专利文献1中记载的光纤合束器而言，当由双包层光纤向激光传播用光纤传播激光时，存在激光的一部分被输入到激发光传播用光纤的情况。而且，掌握了存在输入到该激发光传播用光纤的激光使激发光源产生损伤的情况。
于是，本发明者进一步对激光的一部分被输入到激发光传播用光纤的原因进行了专心的研究。其结果，在如上述专利文献1中记载的光纤合束器那样，双包层光纤的端面与激光传播用光纤的端面被熔接的光纤合束器中，当激光在双包层光纤与激光传播用光纤之间传播时，往往在双包层光纤与激光传播用光纤的熔接部产生激光的散射、反射等。在该情况下，发生了散射、反射等的激光有可能从激光传播用光纤的纤芯泄露。而且，得到了如下结论：泄露的激光在激光传播用光纤的侧面与激发光传播用光纤的侧面相互熔接的熔接部，从激光传播用光纤输入到激发光传播用光纤。
于是，本发明者进一步重复研讨得到了本发明。
也就是说，本发明是一种光纤合束器，其特征在于，具备：激发光传播用光纤，其传播来自激发光源的激发光，并具有纤芯和包层；激光传播用光纤，其传播波长比所述激发光的波长长的激光，并具有纤芯和包层；和大面积光纤，其传播所述激光以及所述激发光，并具有纤芯和包层，其中，按照所述激光传播用光纤的所述纤芯与所述大面积光纤的所述纤芯在所述大面积光纤的长度方向上重合的方式，熔接所述激光传播用光纤的一侧的端面与所述大面积光纤的一侧的端面，并且按照所述激发光传播用光纤的所述纤芯与所述大面积光纤的所述包层在所述大面积光纤的长度方向上重合的方式熔接所述激发光传播用光纤的一侧的端面与所述大面积光纤的所述一侧的端面，所述激光传播用光纤与所述激发光传播用光纤为相互非熔接状态。
根据这样的光纤合束器，按照激发光传播用光纤的纤芯与大面积光纤的包层在大面积光纤的长度方向上重合的方式，熔接激发光传播用光纤的一侧的端面与大面积光纤的一侧的端面，因此从激发光传播用光纤向大面积光纤的包层输入激发光。另外，按照激光传播用光纤的纤芯与大面积光纤的纤芯在大面积光纤的长度方向上重合的方式，熔接激光传播用光纤的一侧的端面与大面积光纤的一侧的端面，因此在大面积光纤与激光传播用光纤之间进行激光的传播。这时，当在大面积光纤与激光传播用光纤熔接的部分产生激光的散射、反射等，激光从激光传播用光纤的纤芯泄露时，由于激发光传播用光纤与激光传播用光纤为非熔接状态，因此也能够抑制泄露的激光输入到激发光传播用光纤。因此，通过使用这样的光纤合束器，能够实现抑制使激发光源产生损伤的光纤激光器装置。
此外，优选在上述光纤合束器中，在所述大面积光纤的所述一侧的端面上所述激光传播用光纤与所述激发光传播用光纤分离。
通过这样构成，能够进一步抑制泄露的激光输入到激发光传播用光纤。
另外，优选在上述光纤合束器中，所述激发光传播用光纤为多条。
通过这样构成，能够将更多的激发光传播用光输入到大面积光纤。
另外，优选在上述光纤合束器中，所述激光传播用光纤的所述包层的外径为所述激发光传播用光纤的所述纤芯的直径以下。
通过这样构成，例如，当最密地配置了7根光纤(1根激光传播用光纤与6根激发光传播用光纤)时，能够在配置于中央的激光传播用光纤与配置于其周围的6根激发光传播用光纤之间形成空间，能够进一步抑制泄露的激光输入到激发光传播用光纤。
另外，本发明为一种光纤激光器装置，其特征在于，具备：输出激发光的激发光源；上述的光纤合束器；和放大用光纤，其具有包层和添加被所述激发光激发的稀土元素的纤芯，其中，在所述放大用光纤的一侧形成反射所述稀土元素辐射的自发辐射光的一部分波段的光的第1FBG，并且在所述放大用光纤的另一侧形成以比所述第1FBG低的反射率反射与所述第1FBG反射的光相同波长的光的第2FBG，所述光纤合束器的所述激发光传播用光纤与所述激发光源连接，并且所述光纤合束器的所述大面积光纤与所述放大用光纤的所述另一侧连接。
根据这样的光纤激光器装置，激发光经由光纤合束器从放大用光纤的另一侧输入，放大用光纤的纤芯中添加的稀土元素成为激发状态来辐射自发辐射光。该自发辐射光在第1FBG与第2FBG之间往复而作为激光被放大。然后激光的一部分透过第2FBG从放大用光纤的另一侧输出。从放大用光纤输出的激光在光纤合束器的大面积光纤的纤芯中传播，输入到激光传播用光纤，从激光传播用光纤输出。这时，当在大面积光纤与激光传播用光纤熔接的部分产生激光的散射等，激光从激光传播用光纤的纤芯泄露时，由于激发光传播用光纤与激光传播用光纤为非熔接状态，因此也可以抑制泄露的激光输入到激发光传播用光纤。因此，能够抑制使与激发光传播用光纤连接的激发光源产生损伤。
另外，优选在上述光纤激光器装置中，还具备输出激发光的第2激发光源，并且还具备上述的光纤合束器作为第2光纤合束器，所述第2光纤合束器的所述激发光传播用光纤与所述第2激发光源连接，并且所述第2光纤合束器的所述大面积光纤与所述放大用光纤的所述一侧连接。
根据这样的构成，由放大用光纤的一侧与另一侧输入激发光，因此能够输出强度更强的激光。另一方面，存在当激光在第1FBG与第2FBG之间往复时，激光的一部分透过第1FBG的情况。在该情况下，透过第1FBG的激光在第2光纤合束器的大面积光纤的纤芯中传播，输入到激光传播用光纤。这时，当在大面积光纤与激光传播用光纤熔接的部分产生激光的散射等，即使激光从激光传播用光纤的纤芯泄露时，也可以在第2光纤合束器中抑制泄露的激光输入到激发光传播用光纤。因此，能够抑制使与第2光纤合束器的激发光传播用光纤连接的第2激发光源产生损伤。
另外，本发明是一种光纤激光器装置，其特征在于，具备：输出激发光的激发光源；上述的光纤合束器；和放大用光纤，其具有包层和添加被所述激发光激发的稀土元素的纤芯，从一侧输入比通过所述稀土元素的受激辐射而放大的所述激发光波长长的种子激光，其中，所述光纤合束器的所述激发光传播用光纤与所述激发光源连接，并且所述光纤合束器的所述大面积光纤与所述放大用光纤的另一侧连接。
根据这样的光纤激光器装置，激发光经由光纤合束器从放大用光纤的另一侧输入，放大用光纤的纤芯中添加的稀土元素成为激发状态。而且，种子激光从放大用光纤的一侧输入，因此种子激光通过该种子激光引起的稀土元素的受激辐射被放大。被放大的种子激光作为激光从放大用光纤的另一侧输入到光纤合束器的大面积光纤，在大面积光纤的纤芯中传播，输入到激光传播用光纤，从激光传播用光纤输出。因此，能够降低光放大回路内的纤芯传播损耗，所以能够提高从激发光向激光的能量变换效率。另外，当激光从大面积光纤向激光传播用光纤传播时，往往在大面积光纤与激光传播用光纤熔接的部分产生激光的散射等，激光从激光传播用光纤的纤芯泄露。但是，在这样的情况下，也可以抑制泄露的激光输入到激发光传播用光纤。因此，能够抑制使与激发光传播用光纤连接的激发光源产生损伤。
此外，优选在上述光纤激光器装置中，还具备输出激发光的第2激发光源，并且还具备上述的光纤合束器作为第2光纤合束器，所述第2光纤合束器的所述激发光传播用光纤与所述第2激发光源连接，并且所述第2光纤合束器的所述大面积光纤与所述放大用光纤的所述一侧连接，所述种子激光经由所述第2光纤合束器输入到所述放大用光纤。
根据这样的构成，来自第2激发光源的激发光经由第2光纤合束器被输入，种子激光经由第2光纤合束器的激光传播用光纤输入放大用光纤。而且，激发光从放大用光纤的一侧与另一侧被输入，因此能够输出强度更强的激光。这时存在在输出端被放大的激光的一部分被反射的情况。在该情况下，被反射的激光从放大用光纤向第2光纤合束器传播。这时，可以抑制在第2光纤合束器中的大面积光纤与激光传播用光纤熔接的部分，被反射的激光输入到激发光传播用光纤。另外，当在第2光纤合束器中种子激光从激光传播用光纤向大面积光纤传播时，产生种子激光的反射等，种子激光从激光传播用光纤的纤芯泄露的情况下，也可以抑制在第2光纤合束器中泄露的种子激光被输入到激发光传播用光纤。因此，能够抑制使与第2光纤合束器的激发光传播用光纤连接的第2激发光源产生损伤。
另外，本发明是一种光纤激光器装置，其特征在于，具备：输出激发光的激发光源；上述的光纤合束器；和放大用光纤，其具有包层和添加被所述激发光激发的稀土元素的纤芯，其中，在所述放大用光纤的一侧形成反射所述稀土元素辐射的自发辐射光的一部分波段的光的第1FBG，并且在所述放大用光纤的另一侧形成以比所述第1FBG低的反射率反射与所述第1FBG反射的光相同波长的光的第2FBG，所述光纤合束器的所述激发光传播用光纤与所述激发光源连接，并且所述光纤合束器的所述大面积光纤与所述放大用光纤的所述一侧连接。
根据这样的光纤激光器装置，能够降低出射端侧的纤芯传播损耗，因此能够提高从激发光向激光的能量变换效率。另外，存在当激光在第1FBG与第2FBG之间共振时，激光的一部分透过第1FBG的情况。透过第1FBG的激光在光纤合束器的大面积光纤的纤芯中传播，输入到激光传播用光纤。这时，当在大面积光纤与激光传播用光纤熔接的部分产生激光的散射等，激光从激光传播用光纤的纤芯泄露时，也可以抑制泄露的激光输入到激发光传播用光纤。因此，能够抑制使与激发光传播用光纤连接的激发光源产生损伤。
另外，本发明是一种光纤激光器装置，其特征在于，具备：输出激发光的激发光源；上述的光纤合束器；和放大用光纤，其具有包层和添加被所述激发光激发的稀土元素的纤芯，由一侧输入比通过所述稀土元素的受激辐射而放大的所述激发光波长长的种子激光，其中，所述光纤合束器的所述激发光传播用光纤与所述激发光源连接，并且所述光纤合束器的所述大面积光纤与所述放大用光纤的一侧连接，所述种子激光经由所述光纤合束器输入所述放大用光纤。
根据这样的光纤激光器装置，种子激光从光纤合束器的激光传播用光纤经由大面积光纤输入到放大用光纤，并且激发光由光纤合束器的激发光传播用光纤经由大面积光纤被输入到放大用光纤。而且，在放大用光纤中种子激光被放大并输出。这时，在输出端存在激光的一部分被反射的情况。在该情况下，被反射的激光由放大用光纤经由大面积光纤向激光传播用光纤传播。这时，可以抑制在大面积光纤与激光传播用光纤熔接的部分被反射的激光输入到激发光传播用光纤。另外，当在大面积光纤与激光传播用光纤熔接的部分种子激光由激光传播用光纤向大面积光纤传播时，产生种子激光的反射等，种子激光由激光传播用光纤的纤芯泄露的情况下，也可以抑制泄露的种子激光输入到多模光纤。因此，能够抑制使与多模光纤连接的激发光源产生损伤。
进而优选在上述光纤激光器装置中，在所述光纤合束器的大面积光纤的纤芯中添加有通过所述激发光激发的稀土元素，并且所述放大用光纤与所述大面积光纤形成为相同构成，所述光纤合束器中的所述大面积光纤由所述放大用光纤延长而成的部分构成。
根据这样的构成，在大面积光纤中也进行激光的放大，此外不存在大面积光纤与放大用光纤的连接部，因此能够防止连接部中的激光的散射等引起的激光的消失，能够输出强度更强的激光。另外，通过使大面积光纤与放大用光纤为相同构成，能够廉价地构成光纤激光器装置。
根据本发明提供一种能够实现抑制使激发光源产生损伤的光纤激光器装置的光纤合束器以及使用其的光纤激光器装置。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的光纤激光器装置的图。
图2是表示图1所示的光纤合束器的立体图。
图3是表示图2所示的双包层光纤的剖面的构造的剖面图。
图4是表示从图2所示的光纤合束器的多模光纤以及单模光纤的熔接部的剖面窥视双包层光纤侧的构造的剖面图。
图5是表示图1所示的放大用光纤的剖面的构造的剖面图。
图6是表示本发明的第2实施方式的光纤激光器装置的图。
图7是表示本发明的第3实施方式的光纤激光器装置的图。
图8是表示本发明的第4实施方式的光纤激光器装置的图。
图9是表示本发明的第5实施方式的光纤激光器装置的图。
图10是表示本发明的第6实施方式的光纤激光器装置的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的光纤激光器装置的优选的实施方式详细地进行说明。
(第1实施方式)
图1是表示本发明的第1实施方式的光纤激光器装置的图。
如图1所示，光纤激光器装置200是法布里珀罗型的光纤激光器装置。光纤激光器装置200具备下述主要的构成：激发光源26、与激发光源26连接的光纤合束器100以及与光纤合束器100连接的放大用光纤50。
激发光源26由多个激发光输出用的二极管激光器(LD)25构成，各个LD25例如输出915nm的激发光。
图2是表示图1所示的光纤合束器100的立体图。如图2所示，光纤合束器100具备：作为大面积光纤的双包层光纤30；在双包层光纤30的一侧的端面35熔接的作为多个激发光传播用光纤的多模光纤20；以及与多模光纤20一起在双包层光纤30的一侧的端面35熔接的作为激光传播用光纤的单模光纤10。这样多模光纤20以及单模光纤10在双包层光纤30的一侧的端面35熔接，从而形成熔接部110。
图3是表示图2所示的双包层光纤30的剖面的构造的剖面图。如图3所示，双包层光纤30由纤芯31、覆盖纤芯31的包层32和覆盖包层32的树脂包层33构成。包层32的折射率比纤芯31的折射率低，树脂包层33的折射率比包层32的折射率低很多。另外，纤芯31的直径例如为10μm，包层的外径例如为450μm，树脂包层33的外径例如为550μm。另外，作为构成纤芯21的材料，例如可以举出添加了使石英的折射率上升的锗等元素的石英，作为构成包层22的材料，例如可以举出添加了使石英的折射率降低的氟等元素的石英，作为构成树脂包层33的材料，例如可以举出紫外线硬化树脂。
图4是表示从图2所示的光纤合束器100的多模光纤20以及单模光纤10的熔接部110的剖面窥视双包层光纤30侧的构造的剖面图。
如图4所示，各个多模光纤20具有纤芯21和覆盖纤芯21的包层22。包层22的折射率比纤芯21的折射率低很多。另外，例如当如上述那样双包层光纤30的包层32的外径为450μm时，多模光纤20的纤芯21的直径为150μm，包层22的外径为190μm。另外，作为构成多模光纤20的纤芯21的材料，例如可以举出石英，作为构成包层22的材料，例如可以举出添加了氟、折射率比纤芯21低的石英、紫外线硬化树脂。此外，图2表示包层22由树脂构成的情况。
单模光纤10具有纤芯11和覆盖纤芯11的包层12。包层12的折射率比纤芯11的折射率低。另外，纤芯11的直径与双包层光纤30的纤芯31的直径为相同直径，包层12的外径为多模光纤20的纤芯21的直径以下，例如当如上述那样多模光纤20的纤芯21的外径为150μm时，包层12的外径为125μm。另外，作为构成单模光纤10的纤芯11的材料，例如可以举出添加了锗的石英，作为构成包层12的材料，例如可以举出不含添加物的石英。
如图2、图4所示，双包层光纤30在与多模光纤20、单模光纤10连接的一侧的端部附近，树脂包层33被剥离。另外，各多模光纤20在与双包层光纤30连接的一侧的端部附近，包层22被剥离。而且，按照多个多模光纤20的纤芯21与双包层光纤30的包层32在双包层光纤30的长度方向上重合的方式，熔接多模光纤20的一侧的端面与双包层光纤30的一侧的端面35。此外，当多模光纤20的包层22由石英构成时，各多模光纤20在一侧的端部附近也可以不剥离包层22。
此外，按照单模光纤10的纤芯11的中心轴与双包层光纤30的纤芯31的中心轴在直线上并排、且纤芯11与纤芯31在双包层光纤30的长度方向上重合的方式，熔接单模光纤10的一侧的端面与双包层光纤30的一侧的端面35。
即，在双包层光纤30的一侧的端面35上，单模光纤10的一侧的端面与多模光纤20的一侧的端面按照单模光纤10被多个多模光纤20围绕的方式与双包层光纤30的一侧的端面35熔接。
这时，单模光纤10与多模光纤20为非熔接状态，单模光纤10与多模光纤20以分离的状态分别与双包层光纤30熔接。此外，在图2、图4中，以6根多模光纤20围绕单模光纤10那样最密充填的状态熔接，单模光纤10的直径为多模光纤20的纤芯21的直径以下，因此单模光纤10与多模光纤20充分地分离。
如下进行这样的单模光纤10以及多模光纤20与双包层光纤30的熔接。此外，在以下的说明中，如图2、图4所示那样，对在单模光纤10的周围配置6根多模光纤20的情况进行说明。
首先，对多模光纤20的包层22如上述那样由树脂构成的情况进行说明。当多模光纤20的包层22由树脂构成时，首先，如图2所示那样，在各个多模光纤20的一端部附近，剥离包层22。另外，准备沿着长度方向分割的一组半圆管，组合这些半圆管形成管体状的插芯(ferrule)，并用环状的橡胶等固定，以使圆管彼此的位置不错开。然后捆绑成在单模光纤10的周围配置6根多模光纤20，在该插芯的贯通孔内插入各个多模光纤20以及单模光纤10。然后，按照各个多模光纤20以及单模光纤10的端面与具有平面的部件的平面抵接的方式，调整成单模光纤10的端面与各个多模光纤20的端面为同一平面，利用夹子(clamp)固定单模光纤10以及各个多模光纤20。接下来，将插入插芯的贯通孔内的单模光纤10以及各个多模光纤20设置于熔接装置中，使单模光纤10以及各个多模光纤20的端面与双包层光纤30的端面35隔开规定的间隔来相对置。这时，当单模光纤10的端面以及各个多模光纤20的端面稍微没有对齐时，将单模光纤10的端面以及各个多模光纤20的端面逐根抵在双包层光纤30的端面35上来进行调整，再用夹子来固定。接下来，不对单模光纤10与多模光纤20进行预加热，而有选择地仅对双包层光纤30的端部进行预加热，略微熔融双包层光纤30的端面35。从能够有选择地进行加热的观点来看优选使用CO2激光器作为热源。然后，按照将单模光纤10以及多模光纤20压入双包层光纤30的端面35的方式，使单模光纤10的端面以及各个多模光纤20的端面与双包层光纤30的端面35接触。然后，进一步加热单模光纤10以及各个多模光纤20的端面附近与双包层光纤30的端面35附近，之后通过冷却将单模光纤10以及各个多模光纤20与双包层光纤30进行端面连接。然后，将插芯分解为各个半圆管，并拆下各个半圆管。这样，通过拆下插芯，能够防止激发光从多模光纤20的纤芯21向插芯泄露。
此外，若插芯的内径过大，则单模光纤10以及各个多模光纤20的束的外形会过大，因而不优选，若插芯的内径过小，则当向插芯插入单模光纤10、多模光纤20时会卡住，因而也不优选。于是，例如当单模光纤10的包层12的外径以及多模光纤20的纤芯21的直径分别为105μm时，优选插芯的内径为320μm左右。
接下来，对多模光纤20的包层22由石英构成的情况进行说明。多模光纤20的包层22由石英构成的情况与多模光纤20的包层22由树脂构成的情况不同，在各个多模光纤20的一端部附近，不剥离包层22。另外，与上述不同，不准备由半圆管构成的部件，而准备通常的管状的插芯。然后，与多模光纤20的包层22由树脂构成的情况相同，向插芯的贯通孔内插入各个多模光纤20以及单模光纤10，调整成单模光纤10的端面与各个多模光纤的端面为同一平面，利用夹子固定单模光纤10以及各个多模光纤20。然后，与多模光纤20的包层22由树脂构成的情况相同，将单模光纤10以及各个多模光纤20设置于熔接装置中，使单模光纤10以及各个多模光纤20的端面与双包层光纤30的端面35进行端面连接。此外，当多模光纤20的包层22由石英构成时，多模光纤20的纤芯21由包层22覆盖至与双包层光纤30的连接面，因此可以防止在纤芯21中传播的激发光的泄露。因此，与多模光纤20的包层22由树脂构成的情况不同，插芯也可以不被拆下。
此外，与多模光纤20的包层22由树脂构成的情况相同，插芯的内径过大、过小都不优选。于是，例如当单模光纤10的包层12的外径以及多模光纤20的包层22的外径分别为125μm时，优选插芯的内径为377μm～380μm左右。
另外，不论多模光纤20的包层22由树脂构成的情况还是由石英构成的情况，从防止多模光纤20的端面从双包层光纤30的端面露出而会被熔接的观点来看优选双包层光纤30的包层32的外形与插芯的内径同样或者比插芯的内径大1～5μm的程度。
另外，各个多模光纤20的另一侧的端部如图1所示与激发光源26的各LD25连接，单模光纤10的另一侧的端部为自由端。另外，双包层光纤30的另一侧的端部与放大用光纤50连接。
图5是表示图1所示的放大用光纤50的剖面的构造的剖面图。如图5所示，放大用光纤50由纤芯51、覆盖纤芯51的包层52和覆盖包层52的树脂包层53构成。包层52的折射率比纤芯51的折射率低，树脂包层53的折射率比包层52的折射率低很多。另外，纤芯51的直径与双包层光纤30的纤芯31的直径为相同大小，包层52的外径与双包层光纤30的包层32的外径为相同大小，树脂包层53的外径与双包层光纤30的树脂包层33的外径为相同大小。另外，作为构成纤芯51的材料，例如可以举出添加了通过从激发光源26输出的激发光成为激发状态的铒等稀土元素以及使石英的折射率上升的锗等元素的石英，作为构成包层52的材料，例如可以举出添加了使石英的折射率降低的氟等元素的石英，作为构成树脂包层53的材料，例如可以举出紫外线硬化树脂。
在放大用光纤50的作为连接光纤合束器100侧的相反侧的一侧的端部侧设置有第1FBG(Fiber Bragg Grating)55，在放大用光纤的作为连接光纤合束器100侧的另一侧的端部侧设置有第2FBG56。第1FBG55形成为反射99％以上放大用光纤50的纤芯51中添加的稀土元素成为激发状态时辐射出的自发辐射光的一部分波段的光的构成。另一方面，第2FBG56形成为以50％以下的反射率反射该波段的光的构成。
另外，在放大用光纤50的一侧的端部连接有单模光纤41，单模光纤41的与放大用光纤50连接侧的端部的相反侧的端部与无反射终端42连接。
接下来，对光纤激光器装置200中的激光的放大以及输出进行说明。
首先，从激发光源26的多个LD25输出激发光。输出的激发光例如为915nm的波长。从激发光源26输出的激发光通过各个LD25连接的各个多模光纤20作为多模光被传播，在熔接部110被输入到双包层光纤30的包层32。被输入到双包层光纤30的包层32的激发光通过双包层光纤30的纤芯31与包层32作为多模光被传播，从放大用光纤50的另一侧的端部经由第2FBG56输入到放大用光纤50。被输入到放大用光纤50的激发光通过放大用光纤50的纤芯51与包层52被传播，激发光的一部分被放大用光纤50的纤芯51中添加的稀土元素吸收。从而，稀土元素成为激发状态。而且，成为激发状态的稀土元素辐射特定的波长的自发辐射光。这时的自发辐射光，例如如上述那样当激发光的波长为915nm时，其是中心波长为1070nm的光。
以该自发辐射光为源，通过由第1FBG55与第2FBG56构成的共振器产生激光振荡。然后，一部的激光透过第2FBG56。
透过第2FBG56的激光由放大用光纤50的另一侧输出。然后，由放大用光纤50输出的激光被输入到光纤合束器100的双包层光纤30，并通过双包层光纤30的纤芯31作为单模光被传播。然后，在双包层光纤30中传播的激光在熔接部110处被输入到单模光纤10，作为单模光被传播。然后，激光由成为单模光纤10的自由端的另一侧的端部输出。
此外，透过第1FBG55的光在单模光纤41中传播，在无反射终端42变换为热。
根据本实施方式的光纤激光器装置200，激发光经由光纤合束器100由放大用光纤50的另一侧的端部被输入，放大用光纤50的稀土元素成为激发状态来辐射自发辐射光。该自发辐射光在第1FBG55与第2FBG56之间往复，被放大为激光。而且激光的一部分透过第2FBG56从放大用光纤50的另一侧的端部输出。从放大用光纤50输出的激光在光纤合束器100的双包层光纤30的纤芯31中传播，并输入到单模光纤10，由单模光纤10输出。这时，当在双包层光纤30与单模光纤10熔接的熔接部110产生激光的散射，激光从单模光纤10的纤芯11泄露时，由于多模光纤20与单模光纤10为非熔接状态，因此也可以抑制泄露的激光输入到多模光纤20。因此，可以抑制泄露的激光经由多模光纤20输入到激发光源26的各LD25，可以抑制对激发光源26造成损伤。
另外，在本实施方式中，单模光纤10与多模光纤20分离，因此能够进一步抑制泄露的激光输入到多模光纤20。
此外，在本实施方式中，多个多模光纤20与双包层光纤30熔接，因此能够将多个多模光输入到双包层光纤30。
(第2实施方式)
接下来，参照图6对本发明的第2实施方式详细地进行说明。此外，对与第1实施方式同样或者同等的构成要素标注同一参照符号并省略重复的说明。图6是表示本发明的第2实施方式的光纤激光器装置的图。
如图6所示，对本实施方式的光纤激光器装置210而言，形成第1FBG55的放大用光纤50的一侧的端部与第2光纤合束器100a连接，第2光纤合束器100a与第2激发光源26a连接，在这点上与第1实施方式不同。
另外，第2光纤合束器100a的单模光纤10的与双包层光纤30连接的一侧的端部的相反侧的端部不是自由端，而与无反射终端42连接，在这点上与光纤合束器100不同，其他构成与光纤合束器100为相同构成。而且，第2光纤合束器100a的双包层光纤30的与单模光纤10以及多模光纤20连接的一侧的端部的相反侧的端部与放大用光纤50的一侧的端部连接。
另外，第2激发光源26a与激发光源26为相同构成，构成第2激发光源26a的各LD25与第2光纤合束器100a的各多模光纤20连接。
根据本实施方式的光纤激光器装置210，从放大用光纤50的一侧的端部侧与另一侧的端部侧输入激发光，因此能够输出强度更强的激光。另一方面，当激光在第1FBG55与第2FBG56之间进行往复时，往往激光的一部分透过第1FBG55。透过第1FBG55的激光在第2光纤合束器100a的双包层光纤30的纤芯31中传播，输入到单模光纤10。这时，当在双包层光纤30与单模光纤10熔接的熔接部110中，由于散射等激光从单模光纤10的纤芯11泄露时，也可以抑制在第2光纤合束器100a中泄露的激光输入到多模光纤20。因此，能够抑制使与第2光纤合束器100a的多模光纤20连接的第2激发光源26a产生损伤。
(第3实施方式)
接下来，参照图7对本发明的第3实施方式详细地进行说明。此外，对与第2实施方式同样或者同等的构成要素标注同一参照符号并省略重复的说明。图7是表示本发明的第3实施方式的光纤激光器装置的图。
如图7所示，本实施方式的光纤激光器装置220不具备光纤合束器100，在放大用光纤50中设置第2FBG56侧的另一侧的端部设置有单模光纤43，在这点上与第2实施方式不同。因此，通过放大用光纤50被放大、经由第2FBG56输出的激光从单模光纤43的与放大用光纤50连接侧的相反侧的端部输出。
根据本实施方式的光纤激光器装置220，能够降低出射端侧的纤芯传播损耗，因此能够提高从激发光向激光的能量变换效率。
(第4实施方式)
接下来，参照图8对本发明的第4实施方式详细地进行说明。此外，对与第1实施方式同样或者同等的构成要素标注同一参照符号并省略重复的说明。图8是表示本发明的第4实施方式的光纤激光器装置的图。
如图8所示，本实施方式的光纤激光器装置300的放大用光纤50的一侧的端部与种子激光源60连接，在放大用光纤50上未设置第1FBG55以及第2FBG56，在这点上与第1实施方式不同。
种子激光源60输出通过放大用光纤50的纤芯51中添加的稀土元素辐射的受激辐射被放大的种子激光。当如上述那样从激发光源26输出例如915nm的激发光时，从种子激光源60输出例如波长为1070nm的种子激光。
在这样的光纤激光器装置300中，从激发光源26的多个LD25输出的激发光被放大用光纤50的纤芯51中添加的稀土元素吸收。因此，稀土元素成为激发状态。而且，当由种子激光源60输出的种子激光输入到放大用光纤50时，种子激光通过成为激发状态的稀土元素的受激辐射被放大，由放大用光纤50的另一侧的端部作为激光被输出。被输出的激光与第1实施方式同样地从光纤合束器100中的单模光纤10的自由端输出。
根据本实施方式的光纤激光器装置300，能够降低光放大回路内的纤芯传播损耗，因此能够提高从激发光向激光的能量变换效率。
(第5实施方式)
接下来，参照图9对本发明的第5实施方式详细地进行说明。此外，对与第4实施方式同样或者同等的构成要素标注同一参照符号并省略重复的说明。图9是表示本发明的第5实施方式的光纤激光器装置的图。
如图9所示，本实施方式的光纤激光器装置310的放大用光纤50的一侧的端部与第2光纤合束器100a连接，第2光纤合束器100a与第2激发光源26a连接，在这点上与第1实施方式不同。
对于第2光纤合束器100a而言，单模光纤10的与双包层光纤30连接侧的端部的相反侧的端部不是自由端，而与种子激光源60连接，在这点上与光纤合束器100不同，其他的构成与光纤合束器100为相同构成。而且，第2光纤合束器100a的双包层光纤30的与单模光纤10以及多模光纤20连接侧的端部的相反侧的端部与放大用光纤50的一侧的端部连接。
另外，第2激发光源26a与激发光源26为相同构成，构成第2激发光源26a的各LD25与第2光纤合束器100a的各多模光纤20连接。
根据本实施方式的光纤激光器装置310，种子激光经由第2光纤合束器100a的单模光纤10被输入到放大用光纤50。而且，从放大用光纤50的一侧与另一侧输入激发光，因此能够输出强度更强的激光。这时，在输出端存在激光的一部分被反射的情况。在该情况下，被反射的激光从放大用光纤50向第2光纤合束器100a传播。这时，可以抑制在第2光纤合束器100a中的双包层光纤30与单模光纤10熔接的部分被反射的激光输入到多模光纤20。另外，在第2光纤合束器100a中，当种子激光从单模光纤10向双包层光纤30传播时产生种子激光的反射等，种子激光从单模光纤10的纤芯11泄露的情况下，在第2光纤合束器100a中，也可以抑制泄露的种子激光输入到多模光纤20。因此，能够抑制使与第2光纤合束器100a的多模光纤20连接的第2激发光源26a产生损伤。
(第6实施方式)
接下来，参照图10对本发明的第6实施方式详细地进行说明。此外，对与第5实施方式同样或者同等的构成要素标注同一参照符号并省略重复的说明。图10是表示本发明的第6实施方式的光纤激光器装置的图。
如图10所示，本实施方式的光纤激光器装置320在不具备光纤合束器100这点上与第5实施方式不同。因此，通过放大用光纤50放大种子激光而输出的激光从放大用光纤50的另一侧的端部输出。
根据本实施方式的光纤激光器装置320，能够降低出射端侧的纤芯传播损耗，因此能够提高从激发光向激光的能量变换效率。
以上，以第1～第6实施方式为例对本发明进行了说明，但本发明并不限于此。
例如，在第1～第6实施方式中，使用双包层光纤30作为大面积光纤，使用单模光纤10作为激光传播用光纤，使用多模光纤20作为激发光传播用光纤，但本发明并不限于此。例如，也可以使用纤芯被3个以上的包层覆盖的光纤作为大面积光纤。进而，作为激光传播用光纤，可以使用传播多个模式的光的光纤，也可以使用直径比大面积光纤小的双包层光纤等。此外，也可以使用双包层光纤作为激发光传播用光纤。
另外，例如在第1、第2、第4～6实施方式中，形成为在光纤合束器100(100a)的双包层光纤30的纤芯31中未添加稀土元素的构成，但本发明并不限于此。例如，也可以是在双包层光纤30的纤芯31中添加稀土元素，使放大用光纤50与双包层光纤30为相同构成。在该情况下，在双包层光纤30中也进行激光的放大，因此能够输出强度更强的激光。此外在该情况下，优选光纤合束器100(100a)中的双包层光纤30由放大用光纤50延长而成的部分构成。在该情况下，不存在双包层光纤30与放大用光纤50的连接部，因此能够防止连接部中的激光的散射等引起的激光的消失。另外，通过将双包层光纤30与放大用光纤50形成为相同构成，能够廉价地构成光纤激光器装置。
另外，在第4～第6实施方式中，光纤激光器装置300～320具备种子激光源60，但本发明并不限于此，种子激光源60也可以配备于光纤激光器装置的外部，从光纤激光器装置的外部输入种子激光。
产业上的可利用性
根据本发明提供能够实现抑制使激发光源产生损伤的光纤激光器装置的光纤合束器以及使用其的光纤激光器装置。
附图标记的说明
10...单模光纤；11...纤芯；12...包层；20...多模光纤；21...纤芯；22...包层；26、26a...激发光源；30...双包层光纤；31...纤芯；32...包层；33...树脂包层；35...端面；50...放大用光纤；51...纤芯；52...包层；53...树脂包层；60...种子激光源；100、100a...光纤合束器；200、210、220、300、310、320...光纤激光器装置。

Claims (11)

1.一种光纤合束器，其特征在于，具备：
激发光传播用光纤，其传播来自激发光源的激发光、并具有纤芯与包层；
激光传播用光纤，其传播波长比所述激发光的波长长的激光、并具有纤芯与包层；和
大面积光纤，其传播所述激光以及所述激发光、并具有纤芯与包层，
其中，按照所述激光传播用光纤的所述纤芯与所述大面积光纤的所述纤芯在所述大面积光纤的长度方向上重合的方式，熔接所述激光传播用光纤的一侧的端面与所述大面积光纤的一侧的端面，并且
按照所述激发光传播用光纤的所述纤芯与所述大面积光纤的所述包层在所述大面积光纤的长度方向上重合的方式，熔接所述激发光传播用光纤的一侧的端面与所述大面积光纤的所述一侧的端面，
所述激光传播用光纤与所述激发光传播用光纤为相互非熔接状态。
2.根据权利要求1所述的光纤合束器，其特征在于，
在所述大面积光纤的所述一侧的端面，所述激光传播用光纤与所述激发光传播用光纤分离。
3.根据权利要求1或2所述的光纤合束器，其特征在于，
所述激发光传播用光纤为多条。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光纤合束器，其特征在于，
所述激光传播用光纤的所述包层的外径为所述激发光传播用光纤的所述纤芯的直径以下。
5.一种光纤激光器装置，其特征在于，
具备：
激发光源，其输出激发光；
光纤合束器，其是权利要求1～4中任一项所述的合光器；
放大用光纤，其具有包层和添加被所述激发光激发的稀土元素的纤芯，
其中，在所述放大用光纤的一侧形成反射所述稀土元素辐射的自发辐射光的一部分波段的光的第1FBG，并且在所述放大用光纤的另一侧形成以比所述第1FBG低的反射率反射与所述第1FBG反射的光相同波长的光的第2FBG，
所述光纤合束器的所述激发光传播用光纤与所述激发光源连接，并且所述光纤合束器的所述大面积光纤与所述放大用光纤的所述另一侧连接。
6.根据权利要求5所述的光纤激光器装置，其特征在于，
还具备第2激发光源，其输出激发光，并且
还具备第2光纤合束器，其是权利要求1～4中任一项所述的光纤合束器，
所述第2光纤合束器的所述激发光传播用光纤与所述第2激发光源连接，并且所述第2光纤合束器的所述大面积光纤与所述放大用光纤的所述一侧连接。
7.一种光纤激光器装置，其特征在于，
具备：
激发光源，其输出激发光；
光纤合束器，其是权利要求1～4中任一项所述的合光器；和
放大用光纤，其具有包层和添加被所述激发光激发的稀土元素的纤芯，从一侧输入比通过所述稀土元素的受激辐射而放大的所述激发光波长长的种子激光，
其中，所述光纤合束器的所述激发光传播用光纤与所述激发光源连接，并且所述光纤合束器的所述大面积光纤与所述放大用光纤的另一侧连接。
8.根据权利要求7所述的光纤激光器装置，其特征在于，
还具备第2激发光源，其输出激发光，并且
还具备第2光纤合束器，其是权利要求1～4中任一项所述的光纤合束器，
所述第2光纤合束器的所述激发光传播用光纤与所述第2激发光源连接，并且所述第2光纤合束器的所述大面积光纤与所述放大用光纤的所述一侧连接，
所述种子激光经由所述第2光纤合束器输入到所述放大用光纤。
9.一种光纤激光器装置，其特征在于，
具备：
激发光源，其输出激发光；
光纤合束器，其是权利要求1～4中任一项所述的光纤合束器；和
放大用光纤，其具有包层和添加被所述激发光激发的稀土元素的纤芯，
其中，在所述放大用光纤的一侧形成反射所述稀土元素辐射的自发辐射光的一部分波段的光的第1FBG，并且在所述放大用光纤的另一侧形成以比所述第1FBG低的反射率反射与所述第1FBG反射的光相同波长的光的第2FBG，
所述光纤合束器的所述激发光传播用光纤与所述激发光源连接，并且所述光纤合束器的所述大面积光纤与所述放大用光纤的所述一侧连接。
10.一种光纤激光器装置，其特征在于，
具备：
激发光源，其输出激发光；
光纤合束器，其是权利要求1～4中任一项所述的光纤合束器；和
放大用光纤，其具有包层和添加被所述激发光激发的稀土元素的纤芯，由一侧输入通过所述稀土元素的受激辐射而放大的种子激光，
其中，所述光纤合束器的所述激发光传播用光纤与所述激发光源连接，并且所述光纤合束器的所述大面积光纤与所述放大用光纤的一侧连接，
所述种子激光经由所述光纤合束器输入所述放大用光纤。
11.根据权利要求5～8或10任一项所述的光纤激光器装置，其特征在于，
在所述光纤合束器中的大面积光纤的纤芯中添加有被所述激发光激发的稀土元素，并且所述放大用光纤与所述大面积光纤形成为相同构成，所述光纤合束器中的所述大面积光纤由所述放大用光纤延长而成的部分构成。
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