CN102812389B - 多孔光纤及使用其的激光器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供能够在希望的位置辐射在包层中传播的泄漏光的多孔光纤以及使用其的激光器装置。多孔光纤(50)的特征在于,具有一端(58)以及另一端(59),并且具有纤芯(51)、被覆纤芯(51)的内侧包层(52)、形成多个空孔并被覆内侧包层的空孔层(53)和被覆空孔层(53)的外侧包层(54),该多孔光纤设置有将空孔(56)沿光纤的长度方向坍缩规定长度的坍缩区域(60)。
Description
技术领域
本发明涉及多孔光纤及使用其的激光器装置,具体而言,涉及能够在希望的位置,辐射在包层中传播的泄漏光的多孔光纤以及使用其的激光器装置。
背景技术
光纤激光器装置在加工机、医疗设备、测量器的领域等被使用,输出在放大用光纤中被放大后的光。在这样的光纤激光器装置中,存在从放大用光纤的纤芯输出的输出光被输入至传输光纤的纤芯,通过传输光纤被传播至希望的位置后被输出的情况。
然而,在放大用光纤与传输光纤的连接部,存在下述情况,即由于纤芯彼此的轴偏差、纤芯彼此的角度的不匹配、纤芯彼此的模场的不同等,从放大用光纤输出的输出光的一部分漏出到传输光纤的包层,在传输光纤的包层中传播。该情况下,有时会产生在包层中传播的泄漏光被传输光纤的被覆层吸收,从而被覆层烧坏这一问题。
在下述专利文献1中记载有从光纤辐射这样的在包层中传播的泄漏光的光学部件。在该光学部件中,光纤被插入到一端侧的内径小、另一端侧的内径大的玻璃管中,玻璃管的一端侧的内壁与光纤的包层熔接,玻璃管的另一端侧的内壁与光纤分离。而且,漏到光纤的包层的泄漏光在玻璃管的一端侧的熔接部分从包层向玻璃管传播,输入到玻璃管的光从玻璃管的另一端侧向外辐射。
专利文献1:日本特开2008-158096号公报
然而,在上述专利文献1所述的光学部件中,泄漏光由于需要在被光纤的被覆层等吸收前被辐射,因此必须设置在光纤的端部附近,设置位置被限制。
发明内容
于是,本发明的目的在于提供能够在希望的位置,辐射在包层中传播的泄漏光的多孔光纤以及使用其的激光器装置。
本发明的多孔光纤的特征在于,具有一端以及另一端,并且具有纤芯、被覆所述纤芯的内侧包层、形成有多个空孔并被覆所述内侧包层的空孔层和被覆所述空孔层的外侧包层,该多孔光纤设置有将所述空孔沿光纤的长度方向坍缩规定长度的坍缩区域。
根据这样的多孔光纤,在输入到纤芯的光、从纤芯输出的光的一部分作为泄漏光,向内侧包层泄漏的情况下,由于内侧包层被空孔层被覆,因此泄漏光也被封闭于内侧包层中,在内侧包层中传播。因此,能够防止在非意图的位置,泄漏光从多孔光纤辐射。因此,在多孔光纤被被覆层被覆的情况下,也能够防止烧坏该被覆层。而且,在坍缩区域中,空孔层的空孔被坍缩,因此泄漏光从内侧包层经由空孔层向外侧包层传播,来向多孔光纤的外部辐射。因此,通过在希望的位置设置坍缩区域,能够在希望的位置辐射在内侧包层中传播的泄漏光。
另外,在上述多孔光纤中,优选所述空孔在所述坍缩区域中按照直径变细的方式坍缩。
输入到内侧包层的泄漏光包含数值孔径(NA)高的成分到NA低的成分。于是,根据这样的多孔光纤,通过变细空孔的直径,能够调整空孔层的平均折射率,因此能够调整在坍缩区域中能够在内侧包层中传播的光的NA。因此,能够在坍缩区域中辐射超过能够在内侧包层中传播的光的NA的泄漏光的成分。这样,能够调整泄漏光的辐射量。
或者,在上述多孔光纤中,优选所述空孔在所述坍缩区域中被完全坍缩。
根据这样的多孔光纤,在坍缩区域中空孔被完全坍缩,因此能够使泄漏光的辐射量为最大限度。
另外,优选在上述多孔光纤中的所述坍缩区域中,所述空孔按照直径沿着从所述一端向所述另一端的方向逐渐变小的方式坍缩。
根据这样的多孔光纤,在坍缩区域中,沿着从多孔光纤的一端朝向另一端的方向,空孔层的平均折射率逐渐地变大,能够在内侧包层中传播的光的NA逐渐变小。因此,从一端朝向另一端在内侧包层中传播的泄漏光在坍缩区域中,随着空孔层的平均折射率变大,从NA大的泄漏光的成分到NA小的泄漏光的成分,按顺序逐渐被辐射。因此,能够使被辐射的泄漏光不在局部集中,而在光纤的长度方向上分散。
或者,在上述多孔光纤中的所述坍缩区域中,也优选所述空孔按照直径沿着从所述一端朝向所述另一端的方向分级地变小的方式坍缩。
根据这样的多孔光纤,在坍缩区域中,沿着从多孔光纤的一端朝向另一端的方向,空孔层的平均折射率分级地变大,能够在内侧包层中传播的光的NA分级地变小。因此,从一端朝向另一端在内侧包层中传播的泄漏光在坍缩区域中,随着空孔层的平均折射率变大,从NA大的泄漏光的成分到NA小的泄漏光的成分,按顺序分级地被辐射。因此,在这样的多孔光纤中,能够使被辐射的泄漏光也不在局部集中,而在光纤的长度方向上分散。
进而,在上述多孔光纤中,更优选所述空孔中的与直径最小的部分相邻的部分被完全坍缩。
根据这样的多孔光纤,在坍缩区域中,空孔按照直径逐渐或分级地变小的方式坍缩,最后被完全坍缩。因此,能够辐射在空孔未被完全坍缩的部分中未被辐射的泄漏光。
另外,在上述多孔光纤中,优选特征在于,所述坍缩区域设置有多个,所述空孔按照直径从与所述一端最近的所述坍缩区域向与所述另一端最近的所述坍缩区域分级地变小的方式坍缩。
根据这样的多孔光纤,在多个坍缩区域中,按照从多孔光纤的一端向另一端的顺序,坍缩区域中的空孔层的平均折射率分级地变大。因此,按各个坍缩区域能够在内侧包层中传播的光的NA分级地变小。因此,从一端向另一端在内侧包层中传播的泄漏光在各个坍缩区域中,从NA大的泄漏光的成分起按顺序分级地被辐射。因此,根据这样的多孔光纤,由于泄漏光从各个坍缩区域分级地被分开来被输出,因此能够使被辐射的泄漏光不在局部集中,而在光纤的长度方向上分散。
进而,在上述多孔光纤中,优选在与所述另一端最近的所述坍缩区域中,所述空孔被完全坍缩。
根据这样的多孔光纤,能够辐射在空孔未被完全坍缩的坍缩区域中未被辐射的泄漏光。
另外,优选在上述多孔光纤中,所述坍缩区域设置有多个,多个所述坍缩区域从与所述一端最近的所述坍缩区域向与所述另一端最近的坍缩区域而分级地变长。
根据这样的多孔光纤,在各个坍缩区域中,按照从多孔光纤的一端朝向另一端的顺序,泄漏光易于被辐射。因此,从一端向另一端在内侧包层中传播的泄漏光在各个坍缩区域中,分级地被辐射。因此,根据这样的多孔光纤,泄漏光从各个坍缩区域分级地被分开来输出,因此能够使被辐射的泄漏光不在局部集中,而在光纤的长度方向上分散。
另外,优选在上述多孔光纤中,所述一端是向所述纤芯输入光的输入端。
根据这样的多孔光纤,有时当从多孔光纤的一端输入光时,输入的光的一部分从纤芯漏出,作为泄漏光,从多孔光纤的一端向另一端在包层中传播。然而,在这样的情况下,在坍缩区域中也能够输出泄漏光。尤其,在为从一端向另一端传播的泄漏光逐渐被辐射、或者分级地被辐射的构成的情况下,能够使被辐射的泄漏光不在局部集中,而在光纤的长度方向上分散。
或者,优选在上述多孔光纤中,所述一端为从所述纤芯输出光的输出端。
根据这样的多孔光纤,有时当从多孔光纤的一端输出光时,输出的光的一部分被反射,反射后的光作为泄漏光,从多孔光纤的一端向另一端在包层中传播。然而,在这样的情况下,在坍缩区域中也能够输出泄漏光。尤其,当为从一端向另一端传播的泄漏光逐渐被辐射,或者分级地被辐射构成的情况下,能够使被辐射的泄漏光不在局部集中,而在光纤的长度方向上分散。
另外,优选在上述多孔光纤中的所述坍缩区域中,所述外侧包层的至少1部分被折射率在所述外侧包层的折射率以上的光辐射部件被覆。
根据这样的多孔光纤,泄漏光易于从外侧包层向光辐射部件传播,能够效率更好地辐射泄漏光。
进而,更优选在上述多孔光纤中,所述光辐射部件与热转换部件连。
根据这样的多孔光纤,能够使传播到光辐射部件的泄漏光被热转换部件吸收而转换为热,因此能够抑制泄漏光浪费地向空间辐射。
另外,本发明的激光器装置的特征在于,具备上述的多孔光纤,利用所述多孔光纤来传播输出光。
根据这样的激光器装置,能够利用多孔光纤来传播输出光,并且在产生泄漏光,该泄漏光在多孔光纤的包层中传播的情况下,也能够在希望的位置辐射泄漏光。
进而,优选在上述激光器装置中,还具备光纤,该光纤具有纤芯以及包层,并且与所述多孔光纤端面连接,向所述多孔光纤的所述纤芯输入所述输出光,所述包层的外径小于或等于所述内侧包层的外径。
根据这样的激光器装置,在与多孔光纤连接的光纤中,即使产生不需要的泄漏光,并且该泄漏光从光纤的包层被输出的情况下,也能够易于将泄漏光封闭于多孔光纤的内侧包层。另外,能够抑制当进行端面连接时,多孔光纤的空孔作为根源而形成泡。
发明效果
如上所述,根据本发明,可以提供能够在希望的位置,辐射在包层中传播的泄漏光的多孔光纤以及使用其的激光器装置。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的激光器装置的图。
图2是表示图1的放大用光纤的与长度方向垂直的剖面的样子的图。
图3是表示图1的多孔光纤的与长度方向垂直的剖面的样子的图。
图4是表示放大用光纤与多孔光纤的连接的样子的图。
图5是表示图1的多孔光纤的沿着长度方向的坍缩区域的剖面的样子的图。
图6是表示本发明的第2实施方式的激光器装置的多孔光纤的沿着长度方向的坍缩区域的剖面的样子的图。
图7是表示本发明的第3实施方式的激光器装置的多孔光纤的沿着长度方向的坍缩区域的剖面的样子的图。
图8是表示本发明的第4实施方式的激光器装置的多孔光纤的沿着长度方向的坍缩区域的剖面的样子的图。
图9是表示本发明的第5实施方式的激光器装置的多孔光纤的沿着长度方向的坍缩区域的剖面的样子的图。
图10是表示本发明的第6实施方式的激光器装置的多孔光纤的沿着长度方向的坍缩区域的剖面的样子的图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的多孔光纤以及使用其的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实施方式的激光器装置的图。
如图1所示,激光器装置1是光纤激光器装置,具备下述主要构成,即输出种子光的种子光源10、输出激励光的激励光源20、被输入种子光与激励光的放大用光纤30、连接种子光源10以及激励光源20和放大用光纤30的光纤合束器40和作为一端与放大用光纤30连接的传输光纤的多孔光纤50。
种子光源10例如由激光二极管所构成的激光源、法布里珀罗型、光纤环型的光纤激光器装置构成。从该种子光源10输出的种子光没有特别限制,例如,为波长1070nm的激光。另外,种子光源10与由纤芯以及被覆纤芯的包层构成的种子光传播用光纤15连接,从种子光源10输出的种子光在种子光传播用光纤15的纤芯中传播。作为种子光传播用光纤15,例如,可以举出单模光纤,该情况下,种子光在种子光传播用光纤15中作为单模光传播。
激励光源20由多个激光二极管21构成,如上述那样,在种子光的波长为1070nm的情况下,例如,输出波长为915nm的激励光。另外,激励光源20的各个激光二极管21与激励光传播用光纤22连接,从激光二极管21输出的激励光在激励光传播用光纤22中传播。作为激励光传播用光纤22,例如,可以举出多模光纤,该情况下,激励光在激励光传播用光纤22中作为多模光传播。
图2是表示放大用光纤30的与长度方向垂直的剖面的构造的图。如图2所示,放大用光纤30由纤芯31、被覆纤芯31的包层32、被覆包层32的树脂包层33和被覆树脂包层33的被覆层34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的折射率更低。纤芯31的直径例如为15μm,包层32的外径例如为400μm。作为这样的构成纤芯31的材料,例如可以举出添加了使折射率上升的锗等元素、以及被从激励光源20输出的激励光激励的镱(Yb)等活性元素而成的石英。作为这样的活性元素,可以举出稀土类元素,作为稀土类元素,除上述Yb之外,还可以举出铥(Tm)、铈(Ce)、钕(Nd)、铕(Eu)等。此外,作为活性元素,除稀土类元素之外,还可以举出铋(Bi)、铬(Cr)等。另外,作为构成包层32的材料,例如可以举出未添加任何掺杂剂的纯石英。另外,作为构成树脂包层33的材料,例如可以举出紫外线固化树脂,作为构成被覆层34的材料,例如可以举出与构成树脂包层33的树脂不同的紫外线固化树脂。
光纤合束器40将种子光传播用光纤15以及各个激励光传播用光纤22与放大用光纤30连接。具体而言,在光纤合束器40中,种子光传播用光纤15的纤芯与放大用光纤30的纤芯31端面连接。此外,在光纤合束器40中,各个激励光传播用光纤22的纤芯在放大用光纤30的一端与包层32端面连接。这样,从种子光源10输出的种子光被输入到放大用光纤30的纤芯31中,从激励光源20输出的激励光被输入到放大用光纤30的包层32。
图3是表示图1的多孔光纤50的与长度方向垂直的剖面的样子的图。如图3所示,多孔光纤50由纤芯51、被覆纤芯51的内侧包层52、被覆内侧包层52的空孔层53、被覆空孔层53的外侧包层54和被覆外侧包层54的被覆层55构成。纤芯31的直径例如为15μm,内侧包层52的外径例如为400μm。另外,空孔层53按照被覆内侧包层52的方式形成多个空孔56,在各个空孔56之间,形成有肋57。各个空孔56的直径例如为6.8μm,空孔56的间隔(肋57的宽度)例如在最短部分为1.2μm。而且,内侧包层52、肋57、外侧包层54均由折射率比纤芯51低的相同材料构成。作为这样的构成纤芯51的材料,例如,可以举出添加了使折射率上升的锗等元素而成的石英,作为构成内侧包层52、肋57、外侧包层54的材料,例如可以举出未添加任何掺杂剂的纯石英。另外,作为构成被覆层55的材料,例如可以举出紫外线固化树脂。
如图1所示,该多孔光纤50的一端58如上述那样,与放大用光纤30连接,另一端59什么也不连接,为自由端。图4是表示这样的放大用光纤30与多孔光纤50的连接的样子的图。其中,为了便于理解,在图4中,构成放大用光纤30以及多孔光纤50的各部分的比例尺与图2、图3不同。如图4所示,在多孔光纤50的一端58附近,被覆层55被剥离。另外,在放大用光纤30的另一端39附近,树脂包层33以及被覆层34被剥离。而且,多孔光纤50的一端58与放大用光纤30的另一端39端面连接,多孔光纤50的纤芯51与放大用光纤30的纤芯31连接,多孔光纤50的内侧包层52与放大用光纤30的包层32连接。其中,如本实施方式那样,在向多孔光纤50输入输出光的放大用光纤30与多孔光纤50端面连接的情况下,优选放大用光纤30的包层32的外径小于或等于多孔光纤50的内侧包层52的外径。由于形成这样的构成,能够抑制当放大用光纤30与多孔光纤50端面连接时,多孔光纤的空孔为根源而形成泡。
另外,在多孔光纤50中,如图1所示那样形成坍缩区域60。图5是表示图1的多孔光纤的沿长度方向的坍缩区域的剖面的样子的图。其中,为了便于理解,在图5中,构成多孔光纤50的各部分的比例尺与图3不同,并省略了放大用光纤30。如图5所示,在坍缩区域60以及其周边的区域,被覆层55被剥离。而且,在坍缩区域60中,各个空孔56按照直径变细的方式坍缩,在各个空孔56之间形成的肋57的宽度变大。因此,在坍缩区域60中,空孔层53的平均折射率变大,与多孔光纤50的其他的区域相比,能够在内侧包层52中传播的光的NA变小。因此,即使是在多孔光纤50的坍缩区域以外能够在内侧包层52中传播的光,一部分光在坍缩区域60内也不能在内侧包层52中传播,而经由空孔层53向外侧包层54传播。
其中,坍缩区域60中的空孔56的直径例如为坍缩区域60以外的空孔56的直径的0~80%,尤其为内侧包层52的NA小于或等于纤芯51的NA那样的直径,由于从放大用光纤30的纤芯31向传输光纤50的内侧包层52漏出的光的NA比纤芯51的NA大的情况较多,所以用所需最低限度的工时就可以得到足够的效果,因而优选。另外,坍缩区域60的长度例如为100mm。
这样的坍缩区域能够通过剥离多孔光纤50的被覆层55,加热剥离了被覆层55的区域的至少一部分来使空孔56坍缩而设置。这时,通过控制加热温度以及加热时间,能够调整空孔的坍缩方式。对于这样的加热,能够使用CO2激光器、氢氧焰、放电加工。
另外,坍缩区域60中的外侧包层54的外周面的至少一部分被光辐射部件61被覆,光辐射部件61与热转换部件62连接。光辐射部件61由折射率在外侧包层54的折射率以上的材料构成。作为这样的材料,例如可以举出高折射率的硅树脂等。另外,热转换部件62只要是将光转换为热的部件,就没有特别的限定,但优选为放热性优良的部件,例如由不锈钢等金属构成。
接下来,对激光器装置1的动作进行说明。
首先,从种子光源10输出种子光,并且从激励光源20输出激励光。这时,从种子光源10输出的种子光如上所述例如波长为1080nm。从种子光源10输出的种子光在种子光传播用光纤15的纤芯中传播,并输入到光纤合束器40。
另一方面,从激励光源20的各个激光二极管21输出的激励光如上所述例如波长为915nm。从各个激光二极管21输出的激励光在激励光传播用光纤22中传播,并输入到光纤合束器40。
这样输入到光纤合束器40的种子光向放大用光纤30的纤芯31输入,在纤芯31中传播。另一方面,输入到光纤合束器40的激励光向放大用光纤30的包层32输入,主要在包层32中传播。
而且,当激励光通过纤芯31时,被添加到纤芯31的活性元素吸收,来激励活性元素。被激励后的活性元素发生受激辐射,由于该受激辐射,种子光被放大,作为输出光从放大用光纤30的另一端39被输出。
而且,从放大用光纤30的纤芯31输出的输出光输入到多孔光纤50的纤芯51,在纤芯51中传播,从多孔光纤50的另一端59被输出。
这时,在放大用光纤30与多孔光纤50的连接部分,有时由于纤芯彼此的轴偏差、纤芯彼此的角度的不匹配、纤芯彼此的模场的不同等,从放大用光纤30输出的输出光的一部分作为泄漏光输入到多孔光纤50的内侧包层52。该情况下,由于空孔层53被覆内侧包层52,因此输入到内侧包层52的泄漏光被封闭在内侧包层52中来传播。然后,在内侧包层52中传播的泄漏光到达坍缩区域60。然而,输入到内侧包层52的泄漏光包含NA高的成分乃至NA低的成分。但是,如上所述,坍缩区域60中的内侧包层52与坍缩区域60以外的内侧包层52相比,能够传播的光的NA小,因此泄漏光中的、超过能够在内侧包层52中传播的光的NA的成分经由空孔层53,向外侧包层54传播。而且,传播到外侧包层54的泄漏光被光辐射部件61辐射,通过热转换部件62转换为热而消失。
如以上说明的那样,根据本实施方式的激光器装置1,在多孔光纤50中,输入到纤芯51的输出光的一部分作为泄漏光向内侧包层52泄漏的情况下,也由于内侧包层52被空孔层53被覆,因此泄漏光被封闭于内侧包层52,在内侧包层52中传播。因此,能够防止在使用者非意图的位置,泄漏光从多孔光纤50辐射。因此,在多孔光纤50被被覆层55被覆的情况下,也能够防止烧坏该被覆层55。而且,在坍缩区域60中,空孔层53的空孔56被坍缩,因此泄漏光从内侧包层52经由空孔层53向外侧包层54传播,向多孔光纤50的外部辐射。因此,通过将坍缩区域60设置于希望的位置,能够在希望的位置,辐射在内侧包层52中传播的泄漏光。
另外,空孔56在坍缩区域60中,按照直径变细的方式坍缩,因此通过变细空孔56的直径,能够自由地调整空孔层53的平均折射率。因此,根据这样的多孔光纤50,能够调整在坍缩区域60中能够在内侧包层52中传播的光的NA,因此能够辐射在坍缩区域60中超过能够在内侧包层52中传播的光的NA的泄漏光的成分。这样,能够调整泄漏光的辐射量。
另外,通过在坍缩区域60中设置光辐射部件61,能够易于从外侧包层54向光辐射部件61传播泄漏光,能够效率更好地辐射泄漏光,通过使热转换部件62与光辐射部件61连接,能够使传播到光辐射部件61的泄漏光被热转换部件62吸收而转换为热,因此能够抑制泄漏光浪费地向空间辐射。
另外,在本实施方式中,与多孔光纤50的一端端面连接的放大用光纤30的包层32的外径小于或等于多孔光纤50的内侧包层52的外径,因此能够易于将泄漏光封闭于多孔光纤50的内侧包层52。
另外,在本实施方式中,输入到放大用光纤30的激励光的一部分未被放大用光纤30吸收,而在包层32中传播,从放大用光纤30的另一端39输出的情况下,也能够使该输出的激励光输入到多孔光纤50的内侧包层52。该情况下,输入到内侧包层52的激励光与泄漏光一并在内侧包层52中传播,被从坍缩区域60辐射。而且,在本实施方式中,如上述那样,与多孔光纤50的一端端面连接的放大用光纤30的包层32的外径小于或等于多孔光纤50的内侧包层52的外径,因此能够使从放大用光纤30输出的激励光效率良好地输入到多孔光纤50的内侧包层52。
(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。其中,对于与第1实施方式同样或者同等的构成要素,标注同一附图标记,除特别说明的情况外,省略重复的说明。图6是表示本发明的第2实施方式的激光器装置的多孔光纤50的沿长度方向的坍缩区域60的剖面的样子的图。其中,为了便于理解,在图6中,构成多孔光纤50的各部分的比例尺也与图3不同,并省略了放大用光纤30。
如图6所示,本实施方式的激光器装置在设置于多孔光纤50的坍缩区域60中,空孔56被完全坍缩的方面,与第1实施方式的激光器装置1不同。因此,在空孔56被完全坍缩的部分,图1所示的肋57完全连接。
根据本实施方式的激光器装置1,在多孔光纤50的坍缩区域60中,空孔56被完全坍缩,因此不存在将泄漏光封闭于内侧包层的构造,能够使泄漏光的辐射量为最大限度。
(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。其中,对于与第1实施方式同样或者同等的构成要素,标注同一附图标记,除特别说明的情况外,省略重复的说明。图7是表示本发明的第3实施方式的激光器装置的多孔光纤50的沿长度方向的坍缩区域60的剖面的样子的图。其中,为了便于理解,在图7中,构成多孔光纤50的各部分的比例尺也与图3不同,并省略了放大用光纤30。
如图7所示,本实施方式的激光器装置在设置于多孔光纤50中的坍缩区域60中,空孔56按照直径沿着从多孔光纤50的一端58向另一端59的方向逐渐变小的方式被坍缩的方面,与第1实施方式的激光器装置1不同。即,在坍缩区域60中,使形成空孔56的内壁相对于多孔光纤50的长度方向倾斜,空孔56的直径逐渐变小。因此,在坍缩区域60中,图3的肋57的宽度沿着从多孔光纤50的一端58向另一端59的方向逐渐变大,因而空孔层53的平均折射率逐渐变大。因此,在坍缩区域60中,能够在内侧包层52中传播的光的NA沿着从多孔光纤50的一端58向另一端59的方向逐渐变小。而且,在与空孔56中的直径最小的部分相邻的部分,空孔56被完全坍缩。
根据本实施方式的激光器装置,从多孔光纤50的一端58向另一端59在内侧包层52中传播的泄漏光在坍缩区域60中,随着空孔层53的平均折射率逐渐变大,按顺序从NA大的泄漏光的成分到NA小的泄漏光的成分逐渐被辐射。因此,能够使被辐射的泄漏光不在局部集中,而在光纤的长度方向上分散。
(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。其中,对于与第1实施方式同样或者同等的构成要素,标注同一附图标记,除特别说明的情况外,省略重复的说明。图8是表示本发明的第4实施方式的激光器装置的多孔光纤的沿长度方向的坍缩区域的剖面的样子的图。其中,为了便于理解,在图8中,构成多孔光纤50的各部分的比例尺也与图3不同,并省略了放大用光纤30。
如图8所示,本实施方式的激光器装置在设置于多孔光纤50的坍缩区域60中,空孔56按照直径沿着从多孔光纤50的一端58向另一端59的方向分级地变小的方式被坍缩的方面,与第1实施方式的激光器装置1不同。即,在坍缩区域60中,图3的肋57的宽度沿着从多孔光纤50的一端58向另一端59的方向分级地变大,空孔层53的平均折射率分级地变大。因此,在坍缩区域60中,能够在内侧包层52中传播的光的NA沿着从多孔光纤50的一端58向另一端59的方向分级地变小。而且,在与空孔56中的直径最小的部分相邻的部分,空孔56被完全坍缩。
根据本实施方式的激光器装置,从多孔光纤50的一端58向另一端59在内侧包层52中传播的泄漏光在坍缩区域60中,随着空孔层53的平均折射率分级地变大,按顺序从NA大的泄漏光的成分到NA小的泄漏光的成分分级地被辐射。因此,能够使被辐射的泄漏光不在局部集中,而在光纤的长度方向上分散。
(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。其中,对于与第1实施方式同样或者同等的构成要素,标注同一附图标记,除特别说明的情况外,省略重复的说明。图9是表示本发明的第5实施方式的激光器装置的多孔光纤的沿长度方向的坍缩区域的剖面的样子的图。其中,为了便于理解,在图9中,构成多孔光纤50的各部分的比例尺也与图3不同,并省略了放大用光纤30。
如图9所示,对本实施方式的激光器装置来说,在多孔光纤50中设置多个坍缩区域60a~60d,空孔56按照直径从与多孔光纤50的一端58最近的坍缩区域60a向与另一端59最近的坍缩区域60d分级地变小的方式被坍缩的方面,与第1实施方式的激光器装置1不同。而且,在与多孔光纤50的另一端59最近的坍缩区域60d中,空孔56被完全坍缩。即,各个坍缩区域60a~60d中的肋57的宽度从坍缩区域60a向坍缩区域60d分级地变大,空孔层53的平均折射率分级地变大。因此,在各个坍缩区域60a~60d中,能够在内侧包层52中传播的光的NA从坍缩区域60a向坍缩区域60d分级地变小。其中,在本实施方式中,各个坍缩区域60a~60d为相互相同的长度。
而且,在各个坍缩区域60a~60d中,与第1实施方式的坍缩区域60相同,外侧包层54的外周面的至少一部被光辐射部件61被覆,光辐射部件61与热转换部件62连接。
根据本实施方式中的激光器装置,沿着从多孔光纤50的一端58向另一端59的坍缩区域60a~60d,从NA大的泄漏光的成分起按顺序易被辐射。因此,从多孔光纤50的一端58向另一端59在内侧包层52中传播的泄漏光在各个坍缩区域60a~60d中,分级地被辐射。因此,根据这样的多孔光纤50,泄漏光从各个坍缩区域60a~60d分级地被分开来输出,因此能够使被辐射的泄漏光不在局部集中,而在光纤的长度方向上分散。
进而,在与另一端最近的坍缩区域60d中,空孔56被完全坍缩,因此能够辐射在空孔56未被完全坍缩的坍缩区域60a~60c中未被辐射的泄漏光。
(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。其中,对于与第1实施方式同样或者同等的构成要素,标注同一附图标记,除特别说明的情况外,省略了重复的说明。图10是表示本发明的第6实施方式的激光器装置的沿多孔光纤的长度方向的坍缩区域的剖面的样子的图。其中,为了便于理解,在图10中,构成多孔光纤50的各部分的比例尺也与图3不同,并省略了放大用光纤30。
如图10所示,本实施方式的激光器装置在多孔光纤50中设置有多个坍缩区域60a~60d,多个所述坍缩区域60a~60d从与多孔光纤50的一端58最近的坍缩区域60a向与另一端59最近的坍缩区域60d分级地变长的方面,与第1实施方式的激光器装置1不同。其中,在本实施方式中,在各个坍缩区域60a~60d中,空孔56按照直径为相同大小的方式被坍缩。
而且,在各个坍缩区域60a~60d中,与第1实施方式的坍缩区域60同样,外侧包层54的外周面的至少一部分被光辐射部件61被覆,光辐射部件61与热转换部件62连接。
根据本实施方式的激光器装置,在多孔光纤50的多个坍缩区域60a~60d中,按照从多孔光纤50的一端58向另一端59的顺序,泄漏光易被辐射。因此,在内侧包层52中从一端58向另一端59传播的泄漏光在各个坍缩区域60a~60d中,分级地辐射。因此,根据这样的多孔光纤50,泄漏光从各个坍缩区域60a~60d分级地被分开来输出,因此能够使被辐射的泄漏光不在局部集中,而在光纤的长度方向上分散。
以上,以第1~第6实施方式为例对本发明进行了说明,但本发明不限于此。
例如,在第1实施方式~第6实施方式中,以光纤激光器装置为例说明了激光器装置,但本发明不限于此,例如,作为固体激光器装置的传输光纤,也可以为连接多孔光纤50的构成。
另外,在第1实施方式~第6实施方式中,说明了将多孔光纤50作为输出光的传输光纤使用的激光器装置,但多孔光纤50也能够应用于输出光的传输光纤以外,尤其优选应用于传播功率大的光的光纤。
另外,在第1~第6实施方式中,使多孔光纤的一端58为输出光的输入端,使另一端59为输出光的输出端。但是,本发明不限于此,也可以使多孔光纤的另一端59为输出光的输入端,使一端58为输出光的输出端。该情况下,当输出光在一端58被输出时,一部分的输出光由于端面的反射,作为泄漏光在内侧包层52中从一端58向另一端59传播的情况下,也能够在坍缩区域中辐射该泄漏光。尤其,在第3~第6实施方式中,在一端58为输出光的输出端的情况下,当输出光的反射光作为泄漏光在内侧包层52中传播时,能够逐渐或者分级地辐射该泄漏光,因而优选。
另外,在第1~第6实施方式中,不一定需要被覆层55,进而,也不一定需要光辐射部件61、热转换部件62。该情况下,在坍缩区域中,从内侧包层向外侧包层传播的泄漏光的至少一部分也从坍缩区域向多孔光纤外辐射。
另外,在第2、第3实施方式中,在与空孔56中的直径最小的部分相邻的部分,为空孔56被完全坍缩的构成,但不一定需要空孔56被完全坍缩的部分。同样地,在第5实施方式中,在坍缩区域60d中,空孔56的直径只要比坍缩区域60c中的空孔56的直径小,就不需要被完全坍缩。
另外,在第5实施方式中,也可以如第6实施方式那样,分级地变长坍缩区域60a~60d的长度。
另外,在第6实施方式中,也可以如第2实施方式那样,将各个坍缩区域60a~60d的构成形成为空孔56被完全坍缩的构成,也可以如第3实施方式那样,形成为空孔56逐渐地被坍缩的构成,也可以如第4实施方式那样,形成为空孔56被分级地坍缩的构成。
另外,在上述实施方式中,与多孔光纤50的一端58连接的放大用光纤30的包层32的外径小于或等于多孔光纤50的内侧包层52,但本发明不限于此,与多孔光纤50连接的光纤的包层的外径也可以比多孔光纤50的内侧包层52的外径大。
实施例
以下,举出实施例以及比较例来更具体地说明本发明的内容,但本发明不限于此。
(实施例1)
准备图3所示的多孔光纤。该多孔光纤的纤芯的直径为15μm,内侧包层的外径约为400μm,空孔层中形成157个6.8μm的空孔,外侧包层的外径为500μm,外侧包层被被覆层被覆。另外,准备用于输出输出光的双包层光纤。该双包层光纤的纤芯具有与多孔光纤相同的直径,包层的外径为400μm,该包层由树脂包层被覆,进而,该树脂包层由被覆层被覆。
接下来,剥离多孔光纤的一端部附近的被覆层,并且剥离双包层光纤的输出端附近的被覆层。而且,按照多孔光纤与双包层光纤的纤芯耦合的方式,来端面连接多孔光纤的一端部与双包层光纤的输出端。
接下来,在距离多孔光纤的一端部50cm的位置,仅在1处剥离长度110mm的被覆层。而且,在剥离了被覆层的区域,遍布长度100mm,使用CO2激光器,来加热多孔光纤直至空孔消失,从而设置了坍缩区域。而且,用高折射率的硅树脂被覆坍缩区域的外侧包层,使用该硅树脂,使外侧包层粘接固定于切出V槽、与散热部件连接的不锈钢。这样,使硅树脂为光辐射部件,使不锈钢为热转换部件。
接下来,按照从双包层光纤与多孔光纤的连接部产生50W的泄漏光的方式从双包层光纤的输出端输出输出光。这时,多孔光纤的被覆层的温度约为60℃。
(实施例2)
准备与实施例1同样的多孔光纤以及双包层光纤,与实施例1同样地连接多孔光纤与双包层光纤。
接下来,在距离多孔光纤的一端部50cm的位置,剥离10处多孔光纤的被覆层。剥离的长度为分别与实施例1相同的长度,剥离的间隔为5cm。而且,在各个被覆层被剥离后的区域,通过与实施例1同样的方法,设置了与实施例1相同的长度的坍缩区域。但是,当设置各个坍缩区域时,调整多孔光纤的加热,从与多孔光纤的一端部最近的(与和双包层光纤的连接部最近)坍缩区域向与另一端部最近的坍缩区域,加强空孔的坍缩方式,以使空孔的直径分级地变小。而且,在各个坍缩区域中,与实施例1同样,用与热转换部件连接的光辐射部件被覆外侧包层。
接下来,按照从双包层光纤与多孔光纤的连接部产生50W的泄漏光的方式从双包层光纤输出输出光。这时,多孔光纤的被覆层的温度约为60℃。
(实施例3)
准备与实施例1同样的多孔光纤以及双包层光纤,与实施例1同样地连接多孔光纤与双包层光纤。
与实施例2同样,剥离了10处被覆层。而且,在各个被覆层被剥离后的区域,通过与实施例1同样的方法,与实施例1同样地加热多孔光纤直至空孔被完全坍缩,来设置了坍缩区域。但是,各个坍缩区域的长度从与多孔光纤的一端部最近的坍缩区域按顺序为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm。而且,在各个坍缩区域中,与实施例1同样,用与热转换部件连接的光辐射部件被覆外侧包层
接下来,按照从双包层光纤与多孔光纤的连接部产生50W的泄漏光的方式从双包层光纤输出输出光。这时,多孔光纤的被覆层的温度约为60℃。
(实施例4)
准备被从一端部输入种子光的放大用光纤。该放大用光纤的纤芯的直径为15μm,包层的直径为400μm,包层被树脂包层被覆,树脂包层被被覆层被覆。另外,准备纤芯的直径为15μm、内侧包层的外径约为80μm、空孔层中形成31个6.9μm的空孔、外侧包层的外径为140μm的多孔光纤。进而,准备6根纤芯的直径为105μm的作为激励光传播用光纤的多模光纤。
接下来,剥离放大用光纤的另一端部(输出端)附近的被覆层,并且剥离多孔光纤的一端部附近的被覆层。而且,按照多孔光纤的纤芯与放大用光纤的纤芯耦合的方式,端面连接多孔光纤的一端部与放大用光纤的输出端,并且在多孔光纤的周边配置6根多模光纤,按照多模光纤的纤芯与放大用光纤的包层耦合的方式,端面连接多模光纤的一端部与放大用光纤的输出端。
这样,制作出由放大用光纤输出的输出光被输入到多孔光纤,从放大用光纤的输出端侧输入激励光的后方激励型的光纤激光器装置。
接下来,在距离多孔光纤的一端部50cm的位置,与实施例1同样地剥离1处被覆层。而且,在被覆层被剥离后的区域,通过与实施例1同样的方法,设置与实施例1相同长度的坍缩区域。但是,当设置坍缩区域时,调整多孔光纤的加热,从坍缩区域中的与多孔光纤的一端部最近的(与和放大用光纤的连接部最近)部分向与另一端部最近的部分,逐渐加强空孔的坍缩方式,以使空孔的直径逐渐变小。而且,在坍缩区域的与另一端部最近的部分中,空孔被完全坍缩。而且,在坍缩区域中,与实施例1同样,用与热转换部件连接的光辐射部件被覆外侧包层。
然后,从放大用光纤的一端部输入种子光,并且向各个多模光纤输入激励光,从放大用光纤输出种子光被放大后的输出光。这时,调整激励光的强度,按照从放大用光纤与多孔光纤的连接部产生50W的泄漏光的方式从放大用光纤输出输出光。这时,多孔光纤的被覆层的温度约为60℃。
以上,在实施例1~4中,确认了任意的多孔光纤的被覆层的温度都不过剩地上升。由此,可以认为在包层中传播的泄漏光几乎未被被覆层吸收,而从设置于希望的位置的坍缩区域辐射。
产业上的可利用性
根据本发明,可以提供能够在希望的位置辐射在包层中传播的泄漏光的多孔光纤以及使用其的激光器装置。
附图标记的说明
1激光器装置;10种子光源;15种子光传播用光纤;20激励光源;21激光二极管;22激励光传播用光纤;30放大用光纤;31纤芯;32包层;33树脂包层;34被覆层;40光纤合束器;50多孔光纤;51纤芯;52内侧包层;53空孔层;54外侧包层;55被覆层;56空孔;57肋;60、60a、60b、60c、60d坍缩区域;61光辐射部件;62热转换部件
Claims (12)
1.一种多孔光纤,其特征在于,
具有一端以及另一端,并且具有纤芯、被覆所述纤芯的内侧包层、形成有多个空孔并被覆所述内侧包层的空孔层和被覆所述空孔层的外侧包层,
该多孔光纤设置有将所述空孔沿光纤的长度方向坍缩规定长度的坍缩区域,
在所述坍缩区域中,所述空孔按照沿着从所述一端朝向所述另一端的方向直径分级地变小的方式坍缩。
2.根据权利要求1所述的多孔光纤,其特征在于,
所述空孔在所述坍缩区域中包含被完全坍缩的区域。
3.根据权利要求1所述的多孔光纤,其特征在于,
所述空孔中的与直径最小的部分相邻的部分被完全坍缩。
4.根据权利要求1所述的多孔光纤,其特征在于,
所述一端为向所述纤芯输入光的输入端。
5.根据权利要求1所述的多孔光纤,其特征在于,
所述一端为从所述纤芯输出光的输出端。
6.根据权利要求1所述的多孔光纤,其特征在于,
在所述坍缩区域中,所述外侧包层的至少一部分被折射率在所述外侧包层的折射率以上的光辐射部件被覆。
7.根据权利要求6所述的多孔光纤,其特征在于,
所述光辐射部件与热转换部件连接。
8.一种多孔光纤,其特征在于,
具有一端以及另一端,并且具有纤芯、被覆所述纤芯的内侧包层、形成有多个空孔并被覆所述内侧包层的空孔层和被覆所述空孔层的外侧包层,
该多孔光纤设置有将所述空孔沿光纤的长度方向坍缩规定长度的坍缩区域,
所述坍缩区域设置有多个,
所述空孔按照从与所述一端最近的所述坍缩区域向与所述另一端最近的所述坍缩区域,直径分级地变小的方式坍缩。
9.根据权利要求8所述的多孔光纤,其特征在于,
在与所述另一端最近的所述坍缩区域中,所述空孔被完全坍缩。
10.一种多孔光纤,其特征在于,
具有一端以及另一端,并且具有纤芯、被覆所述纤芯的内侧包层、形成有多个空孔并被覆所述内侧包层的空孔层和被覆所述空孔层的外侧包层,
该多孔光纤设置有将所述空孔沿光纤的长度方向坍缩规定长度的坍缩区域,
所述坍缩区域设置有多个,
多个所述坍缩区域从与所述一端最近的所述坍缩区域向与所述另一端最近的坍缩区域而分级地变长。
11.一种激光器装置,其特征在于,
具备权利要求1~10中的任意一项所述的多孔光纤,
通过所述多孔光纤来传播输出光。
12.根据权利要求11所述的激光器装置,其特征在于,
所述激光器装置还具备光纤,该光纤具有纤芯以及包层,并且与所述多孔光纤端面连接,向所述多孔光纤的所述纤芯输入所述输出光,
所述包层的外径小于或等于所述内侧包层的外径。
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