CN107851954A - 放大用光纤和激光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供放大用光纤和激光装置。本发明的放大用光纤(1)的特征在于，具备：纤芯(11)，其能供光以多模传播，并添加有活性元素；内侧包层(12)，其包围纤芯(11)，且折射率低于纤芯(11)；外侧包层(13)，其包围内侧包层(12)，且折射率低于内侧包层(12)，内侧包层(12)的外周在垂直于长边方向的截面上为多边形，内侧包层(12)被施加了以纤芯(11)的中心轴为中心旋转的恒久的扭转。

Description

放大用光纤和激光装置
技术领域
本发明涉及能够抑制模耦合并抑制偏模(skew mode)的产生的放大用光纤和激光装置。
背景技术
光纤激光装置能够得到聚光性优异、功率密度高、且成为小束斑的光，因此在激光加工领域、医疗领域等各种领域被使用。在这样的光纤激光装置中，使用具有添加有稀土类元素的纤芯的稀土类添加光纤。另外，在稀土类添加光纤中，为了使更多的激发光射入纤芯，而一般使用双包层构造。双包层构造的稀土类添加光纤具有添加有稀土类元素的纤芯、包围纤芯的内侧包层以及包围内侧包层的外侧包层，外侧包层的折射率低于内侧包层。射入内侧包层的激发光在内侧包层与外侧包层的界面，被向纤芯侧反射而射入纤芯，对添加于纤芯的稀土类元素进行激发。
但是，在如上所述的双包层构造的稀土类添加光纤中，在内侧包层的截面形状为圆形的情况下，激发光在内侧包层与外侧包层的界面以一定的角度持续反射，有时激发光不射入纤芯而在内侧包层传播。这样，不通过纤芯而在包层传播的光叫做偏斜光。若产生偏斜光，则射入纤芯的激发光变少，因此难以激发添加于纤芯的稀土类元素。
作为用于抑制偏模的产生的技术，例如，在下述专利文献1中公开了具有截面形状为多边形的包层的光纤以中心轴为中心扭转并固定的技术。通过多边形的包层像这样扭转并固定，在包层传播的激发光在包层的外周面变换反射角地反复反射，从而容易射入纤芯。
专利文献1：日本特开2001-13346号公报
近年来，光纤激光装置被要求高输出化。但是，若沿光纤传播的光的功率变强，则在光纤内容易产生受激拉曼散射等非线性光学效应。作为提高像这样的非线性光学效应的发生阈值的光纤，有Large Mode Area(LMA)光纤。但是，在LMA光纤中，光以多模在纤芯传播，因此有时光束质量会因模耦合而恶化。
但是，关于光以多模在纤芯传播和产生模耦合，上述专利文献1所公开的光纤中并未予以研究。例如，如专利文献1公开所示，若光纤扭转并固定，则会因在光纤扭转时产生的弹性应力而产生光弹性效应。其结果是，纤芯的折射率不均匀地变动，容易产生在纤芯传播的光的模耦合。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供能够抑制模耦合并抑制偏模的产生的放大用光纤和激光装置。
本发明的放大用光纤的特征在于，具备：纤芯，其添加有活性元素，并能供光以多模传播；内侧包层，其包围所述纤芯，折射率低于所述纤芯；以及外侧包层，其包围所述内侧包层，折射率低于所述内侧包层，在垂直于长边方向的截面上，所述内侧包层的外周为多边形，所述内侧包层被施加以所述纤芯的中心轴为中心的恒久的扭转。
另外，本发明的激光装置的特征在于，具备所述放大用光纤和射出在所述光纤传播的光的至少一个光源。
在上述放大用光纤中，光能够以多模在纤芯传播，能够增大纤芯的直径。由此，上述放大用光纤在用于高输出的激光装置的情况下，也能抑制产生受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering)等非线性光学效应。另外，内侧包层由折射率高于内侧包层的纤芯与折射率低于内侧包层的外侧包层夹持，能够使射入内侧包层的激发光射入纤芯。并且，通过对在与长边方向垂直的截面中外周为多边形的内侧包层施加扭转，使得在内侧包层传播的激发光在内侧包层与外侧包层的界面容易变换反射角地反复反射。因此，射入内侧包层的激发光容易射入纤芯。即，抑制偏模的产生。因此，上述放大用光纤容易使添加于纤芯的活性元素激发，容易放大在纤芯传播的光。另外，因为施加于内侧包层的扭转为恒久的，因此抑制由因扭转所致的弹性应力而导致纤芯的折射率不均匀地变动。因此，抑制在纤芯传播的光的模耦合。这样，上述放大用光纤能够抑制模耦合并抑制偏模的产生。
另外，优选为，在与长边方向平行的方向上1m长度的单位内，所述扭转转过3周以上且低于30周。
通过将施加于内侧包层的恒久的扭转设定为在与长边方向平行的方向上每1m长度旋转3周以上，更加容易抑制射入内侧包层的激发光成为偏模。另外，通过将施加于内侧包层的恒久的扭转设为在与长边方向平行的方向上每1m长度旋转小于30周，能够在制造放大用光纤时抑制拉丝速度的降低，从而容易制造内侧包层具有恒久的扭转的放大用光纤。另外，通过抑制拉丝速度的降低，能够抑制光纤预制棒在加热炉内留存的时间变长，因此能够抑制向纤芯添加的镱(Yb)等活性元素结晶化。因此，能够抑制放大用光纤的传送损耗的增大。
另外，优选为，所述内侧包层与所述纤芯的相对折射率差为0.08％以上。
通过将内侧包层与纤芯的相对折射率差设为0.08％以上，容易将光封闭于纤芯，能够缩小在纤芯传播的光的有效截面，因此容易抑制在纤芯传播的光的模耦合。
另外，优选在所述纤芯传播的LP01模式的光的传播常数与LP11模式的光的传播常数之差为1000/m以上。
从激光装置射出的理想的激光是基模即LP01模式光的比例较高的高斯光束(Gaussian beam)。通过将在纤芯传播的LP01模式的光的传播常数与LP11模式的光的传播常数的差设为1000/m以上，抑制因微量弯曲等的影响所引发的在纤芯传播的LP01模式的光与LP11模式的光的模耦合。因此，容易提高从激光装置射出的激光中LP01模式光的比例。
另外，优选为，在所述纤芯传播的光的有效截面积为300μm2以上。
通过将在纤芯传播的光的有效截面积设为300μm2以上，即使在将上述放大用光纤用于高输出的激光装置的情况下，也容易抑制受激拉曼散射等非线性光学效应的产生。
另外，优选为，所述放大用光纤的LP03模式的光的理论截止波长为1.3μm以下。
模耦合不仅在光沿光纤传播期间，在光纤彼此的连接点也会产生。只要所连接的光纤彼此的轴一致，就难以产生从基模即LP01模式的光向LP11模式、LP21模式等拥有非轴对称的强度分布的模式的光的模耦合。但是，从LP01模式的光向LP02模式、LP03模式等拥有轴对称的强度分布的模式的光的模耦合比向拥有非轴对称的强度分布的模式的光的模耦合更容易产生。这里，通过将LP03模式的光的理论截止波长设为1.3μm以下，至少容易将LP03模式的光在沿光纤传播过程中截止。因此，能够抑制从光纤射出的激光的光束质量因模耦合而恶化。
如上所述，根据本发明，提供能够抑制模耦合并抑制偏模的产生的放大用光纤和激光装置。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的激光装置的概略图。
图2是示出图1所示的放大用光纤的与长边方向垂直的截面的情况的图。
图3是示出本发明的第二实施方式所涉及的激光装置的概略图。
图4是示出放大用光纤的长度与由放大用光纤吸收的光的量的关系的图表。
图5是示出内侧包层的单位长度的扭转数与偏斜抑制指数的关系的图表。
图6是示出内侧包层的单位长度的扭转数与激光的M2恶化量的关系的图表。
具体实施方式
下文，参照附图详细说明本发明所涉及的放大用光纤和激光装置的优选实施方式。以下例示出的实施方式为便于理解本发明，而非用于限定、解释本发明。本发明能够在不脱离其主旨的范围内，变更、改进。此外，为了便于理解，各图的比例尺有时与以下说明所述的比例尺不同。
(第一实施方式)
图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的激光装置的图。如图1所示，本实施方式的激光装置1作为主要结构具备：放大用光纤10、激发光源20、光纤合束器40、与放大用光纤10的一侧连接的光纤35、设置于光纤35的第一FBG31、与放大用光纤10的另一侧连接的光纤36、以及设置于光纤36的第二FBG32，由放大用光纤10、第一FBG31以及第二FBG32构成谐振器。
激发光源20由多个激光二极管21构成，激光二极管21在本实施方式中，例如，为以GaAs系半导体为材料的法布里珀罗型半导体激光器，射出中心波长为915nm的激发光。另外，激发光源20的各个激光二极管21与光纤25连接，从激光二极管21射出的激发光在光纤25中例如作为多模光传播。
图2是示出图1所示的放大用光纤10的与长边方向垂直的截面的情况的图。如图2所示，放大用光纤10作为主要结构具备：纤芯11、无缝隙地包围纤芯11的外周面的内侧包层12、包覆内侧包层12的外周面的外侧包层13以及包覆外侧包层13的包覆层14，被设置为所谓的双包层构造。内侧包层12的折射率低于纤芯11的折射率，外侧包层13的折射率低于内侧包层12的折射率。
作为构成纤芯11的材料，例如，可以举出添加有使折射率升高的锗(Ge)等元素以及由从激发光源20射出的激发光激发的镱(Yb)等活性元素的石英。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，除了上述Yb以外，还可以举出铥(Tm)、铈(Ce)、钕(Nd)、铕(Eu)、铒(Er)等。进而，作为活性元素，除了稀土类元素外，还可以举出铋(Bi)等。
内侧包层12在与长边方向垂直的截面上，外周为七边形。另外，内侧包层12被施加了以纤芯11的中心轴为中心的恒久的扭转。即，对内侧包层12施加有以纤芯11的中心轴为中心的扭转，在未被施加任何外力的状态下，也维持该扭转。如之后在实施例中说明的那样，在对放大用光纤10进行拉丝时，施加像这样的恒久的扭转。作为构成像这样的内侧包层12的材料，例如，可以举出未添加任何掺杂剂的纯石英。此外，也可以在内侧包层12的材料中添加降低折射率的氟(F)等元素。
外侧包层13由树脂或者石英构成，作为树脂，例如，可以举出紫外线固化树脂，作为石英，例如，可以举出添加有以折射率进一步低于内侧包层12的方式降低折射率的氟(F)等掺杂剂的石英。
作为构成包覆层14的材料，例如，可以举出紫外线固化树脂，在外侧包层13为树脂的情况下，被设定为不同于构成外侧包层的树脂的紫外线固化树脂。
另外，放大用光纤10为多模光纤，光能够以多模在纤芯11传播。在纤芯11中，除了基模即LP01模式的光外，还传播2次LP模式以上的高次模的光，例如传播6个LP模式的光。
与放大用光纤10的一侧连接的光纤35作为主要结构，具备：纤芯，其未添加活性元素；内侧包层，其无缝隙地包围该纤芯的外周面；外侧包层，其包覆该内侧包层的外周面；以及包覆层，其包覆外侧包层。光纤35的纤芯除了未添加活性元素外，被设置为与放大用光纤10的纤芯11大致相同的结构。光纤35的纤芯与放大用光纤10的纤芯11连接，光纤35的内侧包层与放大用光纤10的内侧包层12连接。另外，在光纤35的纤芯设置有作为第一镜的第一FBG31。这样，第一FBG31设置于放大用光纤10的一侧。第一FBG31构成为，沿光纤35的长边方向折射率周期性变高的部分重复，通过调整该周期而反射处于激发状态的放大用光纤10的活性元素所辐射的光中至少一部分波长的光。第一FBG31的反射率高于后述的第二FBG32的反射率，优选反射活性元素所辐射的光中90％以上的所希望波长的光，更加优选反射99％以上的所希望波长的光。此外，第一FBG31所反射的光的波长如上所述，在活性元素为镱的情况下，例如被设为1090nm。
与放大用光纤10的另一侧连接的光纤36作为主要结构，具备：纤芯，其未添加活性元素；包层，其无缝隙地包围该纤芯的外周面；以及包覆层，其包覆该包层的外周面。光纤36的纤芯与放大用光纤10的纤芯11连接，光纤36的包层与放大用光纤10的内侧包层12连接。另外，在光纤36的纤芯，设置有作为第二镜的第二FBG32。这样，第二FBG32设置于放大用光纤10的另一侧。第二FBG32构成为，沿光纤36的长边方向折射率以一定的周期变高的部分重复，以低于第一FBG31的反射率对由FBG31反射的光中至少一部分波长的光进行反射。第二FBG32优选以5％～50％的反射率反射由第一FBG31反射的光中至少一部分波长的光，更加优选以5％～10％的反射率反射。另外，在本实施方式中，在光纤36的与放大用光纤10侧相反一侧的另一端不特别连接任何部件，但可以连接玻璃棒等。
在光纤合束器40中，各个光纤25的纤芯与光纤35的内侧包层连接。因此，供从各个激光二极管21射出的激发光传播的光纤25与放大用光纤10的内侧包层12经由光纤35的内侧包层而光学耦合。
接下来，说明本实施方式中的激光装置1的动作和作用。
首先，若从激发光源20的各个激光二极管21射出激发光，则该激发光经由光纤35的内侧包层，射入放大用光纤10的内侧包层12。射入内侧包层12的激发光主要在内侧包层12传播，在通过纤芯11时，将添加于纤芯11的活性元素激发。处于激发状态的活性元素辐射特定波长的自发辐射光。此时的自发辐射光在例如活性元素为镱的情况下，为含有1090nm的波长且具有一定的波长带域的光。该自发辐射光在放大用光纤10的纤芯11传播，一部分波长的光由第一FBG31反射，被反射的光中由第二FBG32反射的波长的光由第二FBG32反射，在谐振器内往复。而且，当由第一FBG31和第二FBG32反射的光在放大用光纤10的纤芯11传播时，产生受激辐射，该光被放大，谐振器内的增益与损耗相等，但处于激光振荡状态。而且，在第一FBG31与第二FBG32之间谐振的光中的一部分光透过第二FBG32，从光纤36的端部射出。
另外，在放大用光纤10中，如上所述，光能够以多模在纤芯11传播，能够增大纤芯11的直径。由此，即使放大用光纤10在被用于高输出的激光装置1的情况下，也能抑制产生受激拉曼散射等非线性光学效应。另外，通过以纤芯11的中心轴为中心的扭转被施加于内侧包层12，由此在内侧包层12传播的激发光容易在内侧包层12与外侧包层13的界面变换反射角地反复反射。即，抑制偏模的产生。因此，在放大用光纤10中，激发光容易射入纤芯11，容易对添加于纤芯11的活性元素进行激发，因此容易放大在纤芯11传播的光。另外，因为被施加于内侧包层12的扭转为恒久的，因此抑制由因扭转所致的弹性应力致使纤芯11的折射率不均匀地变动。故而，抑制在纤芯11传播的光的模耦合。这样，放大用光纤10能够抑制模耦合并抑制偏模的产生。
被施加于内侧包层12的恒久的扭转优选在与长边方向平行的方向上每1m的长度旋转3周以上且小于30周。通过将施加于内侧包层12的恒久的扭转设为在与长边方向平行的方向上每1m的长度旋转3周以上，更容易抑制射入内侧包层12的激发光成为偏模。另外，通过被施加于内侧包层12的恒久的扭转在与长边方向平行的方向上每1m长度旋转小于30周，能够在制造放大用光纤10时抑制拉丝速度的降低，容易制造内侧包层12具有恒久的扭转的放大用光纤10。另外，通过抑制拉丝速度降低，能够抑制光纤预制棒在加热炉内存留的时间变长，因此能够抑制添加于纤芯11的镱(Yb)等活性元素结晶化。故而，能够抑制放大用光纤10的传送损耗增大。
另外，内侧包层12与纤芯11的相对折射率差优选为0.08％以上。通过将内侧包层12与纤芯11的相对折射率差设为0.08％以上，容易将光封闭于纤芯11，并能够缩小在纤芯11传播的光的有效截面积，因此容易抑制在纤芯11传播的光的模耦合。
另外，在纤芯11传播的LP01模式的光的传播常数与LP11模式的光的传播常数之差优选为1000/m以上。从激光装置1射出的理想的激光为基模即LP01模式光的比例高的高斯光束。通过将在纤芯11传播的LP01模式的光的传播常数与LP11模式的光的传播常数的差设为1000/m以上，抑制因微量弯曲等的影响而导致的在纤芯11传播的LP01模式的光与LP11模式的光的模耦合。因此，容易提高从激光装置1射出的激光中的LP01模式光的比例。
另外，在纤芯11传播的光的有效截面积优选为300μm2以上。通过将在纤芯11传播的光的有效截面积设为300μm2以上，在放大用光纤10被用于高输出的激光装置1的情况下，也容易抑制受激拉曼散射等非线性光学效应的产生。
另外，放大用光纤10的LP03模式的光的理论截止波长优选为1.3μm以下。模耦合不仅是在光沿光纤传播期间，有时在光纤彼此的连接点也会产生。只要所连接的光纤彼此的轴一致，就难以产生从基模即LP01模式的光向LP11模式、LP21模式等拥有非轴对称的强度分布的模式的光的模耦合。但是，从LP01模式的光向LP02模式、LP03模式等拥有轴对称的强度分布的模式的光的模耦合比向拥有非轴对称的强度分布的模式的光的模耦合更容易产生。这里，通过将LP03模式的光的理论截止波长设为1.3μm以下，至少LP03模式的光容易在沿光纤传播过程中截止。因此，能够抑制从放大用光纤10射出的激光的光束质量因模耦合而恶化。
(第二实施方式)
接下来，参见图3，详细说明本发明的第二实施方式。此外，与第一实施方式相同或者同等的构成要素除了特别进行说明的情况外，有时会标注相同的附图标记，省略重复说明。
图3是示出本实施方式所涉及的激光装置的图。如图3所示，本实施方式的激光装置2在被设为MO-PA(Master Oscillator PowerAmplifier)型的光纤激光装置这一点上，不同于第一实施方式的激光装置1。因此，本实施方式的激光装置2具备种子光源70和与种子光源70连接的光纤30。
种子光源70例如，由激光二极管、光纤激光等构成。光纤30作为主要结构，具备：纤芯，其未添加活性元素；包层，其无缝隙地包围该纤芯的外周面；以及包覆层，其包覆该包层的外周面。从种子光源70射出的种子光沿光纤30的纤芯传播。
在本实施方式中，在光纤合束器50中，各个光纤25同光纤30一起与放大用光纤10的一端连接。具体而言，以光纤30的纤芯与放大用光纤10的纤芯11光学耦合的方式，连接放大用光纤10的纤芯11与光纤30的纤芯。因此，从种子光源70射出的种子光经由光纤30的纤芯射入放大用光纤10的纤芯11，在纤芯11传播。另外，以各个光纤25的纤芯与放大用光纤10的内侧包层12光学耦合的方式，各个光纤25的纤芯与放大用光纤10的内侧包层12连接。因此，激发光源20的各个激光二极管21射出的激发光经由光纤25射入放大用光纤10的内侧包层12，主要在内侧包层12传播，对添加于纤芯11的活性元素进行激发。因此，在纤芯11传播的种子光因处于激发状态的活性元素的受激辐射而放大，放大了的种子光作为输出光从放大用光纤10射出。从放大用光纤10射出的光与第一实施方式相同经由光纤36射出。
在本实施方式中，也能够通过使用放大用光纤10，抑制模耦合并抑制偏模的产生。
以上，以实施方式为例说明了本发明，但是本发明并不局限于这些。例如，在上述实施方式中，示出了在与长边方向垂直的截面上内侧包层12的外周为七边形的例子进行说明。但是，在与长边方向垂直的截面上，内侧包层12的外周只要是多边形即可，不受特别限定，也可以是六边形、八边形等。
【实施例】
下文例举实施例和比较例更加具体地说明本发明，但本发明并不局限于以下实施例。
＜实施例1＞
使用以下方法制作了与上述放大用光纤10相同的光纤。首先，准备了由与构成放大用光纤10的纤芯11和内侧包层12具有相同的折射率分布的玻璃构成的光纤预制棒。即，准备了利用成为内侧包层12的七棱柱状的材料无缝隙地包围成为纤芯11的圆柱状的材料的外周面而成光纤预制棒。接下来，以长边方向成为垂直的方式，悬吊该光纤预制棒。继而，将光纤预制棒配置于拉丝炉，对光纤预制棒的下端部进行加热。接下来，以规定的拉丝速度从拉丝炉中从被加热了的光纤预制棒的下端部拉出熔融了的玻璃并冷却。此时，一边使光纤预制棒以中心轴为中心旋转一边进行拉丝，由此以与长边方向平行的方向上每1m长度旋转1周的方式对内侧包层12施加了恒久的扭转。之后，通过以由紫外线固化树脂等构成的外侧包层13和包覆层14包覆内侧包层12的外周面来制作实施例1所涉及的放大用光纤。
此外，实施例1所涉及的光纤的参数如下述表1所示，纤芯与内侧包层的相对折射率差(纤芯Δ)为0.12％，在纤芯传播的LP01模式的光的传播常数与LP11模式的光的传播常数的差(Δβ)为2200/m，在纤芯传播的光的有效截面积(Aeff)为350μm2，LP03模式的光的理论截止波长(λct(LP03))为0.87μm。
＜实施例2＞
在拉丝时，改变光纤预制棒的转速，以在与长边方向平行的方向上每1m长度旋转3.3周的方式，对内侧包层12施加了恒久的扭转，除此以外，都以与实施例1相同的方式制造放大用光纤。
＜实施例3＞
在拉丝时，改变光纤预制棒的转速，以在与长边方向平行的方向上每1m长度旋转5周的方式对内侧包层12施加了恒久的扭转，除此以外，都以与实施例1相同的方式制造放大用光纤。
＜实施例4～16＞
在实施例4～16中，如下述表1所示，变更各参数来制造放大用光纤。另外，在拉丝时，改变光纤预制棒的转速，以在与长边方向平行的方向上每1m长度旋转7.5周的方式，对内侧包层12施加了恒久的扭转。以除了这些的条件以外都与实施例1相同的方式，制造了实施例4～16所涉及的放大用光纤。
＜比较例1＞
以除了拉丝时不使光纤预制棒旋转以外都与实施例1相同的方式制造了放大用光纤。
表1
纤芯Δ[％] Δβ[m-1] Aeff[μm2] λct(LP03)[μm]
比较例1 0.12 2200 350 0.87
实施例1 0.12 2200 350 0.87
实施例2 0.12 2200 350 0.87
实施例3 0.12 2200 350 0.87
实施例4 0.16 1091 704 1.29
实施例5 0.16 1396 543 1.28
实施例6 0.13 1545 495 0.90
实施例7 0.13 1555 490 0.93
实施例8 0.13 1636 470 0.93
实施例9 0.10 1649 468 0.80
实施例10 0.14 1700 451 0.92
实施例11 0.14 1763 438 0.93
实施例12 0.13 1821 424 0.94
实施例13 0.14 1862 414 0.94
实施例14 0.14 1864 412 0.97
实施例15 0.15 1975 386 0.96
实施例16 0.13 2287 327 0.89
(偏模抑制效应的评价)
以下文说明的方法针对实施例1至16以及比较例1所涉及的放大用光纤评价了偏模的抑制效应。
通过如下所示定义偏斜抑制指数γ而实施了对偏模抑制效应的评价。下述式(1)中定义了偏斜抑制指数γ。
γ＝αL/αS...(1)
这里，αL和αS可通过如下方式求得。首先，将放大用光纤卷绕为内径130mm的涡旋状。下文，将像这样卷绕为涡旋状的光纤称为光纤线圈。通过像这样将放大用光纤卷绕为涡旋状，难以产生微孔(micro vent)，从而难以产生因微孔所致的偏模的抑制效应。因此，利用以下方法评价的偏模的抑制效应几乎没有受到因微孔造成的影响。
接下来，将波长915nm的光射入光纤线圈中的内周侧的端部，并用功率计测定了从光纤线圈中外周侧的端部射出的光。通过预先测定好射入光纤线圈的光的功率，能够根据射入光纤线圈的光的功率与从光纤线圈中外周侧的端部射出的光的功率之差，求出光在光纤线圈的损耗，即由放大用光纤吸收的光的量。
接下来，从外周侧的端部切断光纤线圈而使之缩短，改变放大用光纤的长度，通过与上述相同的方法求出了由放大用光纤吸收的光的量。由此，能够求出与放大用光纤的长度相对应的光的吸收量。针对实施例1至3以及比较例1所涉及的放大用光纤，如上所述求取光的吸收量的结果示于图4。图4是示出放大用光纤的长度与由放大用光纤吸收的光的量的关系的图表。有关各光纤，作为通过图4所示的图表的2次函数的近似曲线求出了下述式(2)。
y＝ax2+bx+c…(2)
这里，认为放大用光纤的光的吸收量至少为21dB左右较为理想，因此将设为y＝21时的x的值设为L，如下述式(3)所示定义了αL。
αL＝21/L…(3)
另一方面，将αS设为未产生偏模的情况下的放大用光纤所吸收的光的量。即，能够将αS设为放大用光纤较短的情况下的单位长度的光吸收量，能够以下述式(4)表示。
利用如上所述定义的γ、αL、αS实施了对各放大用光纤偏模抑制效应的评价。可以说偏斜抑制指数γ越大，越能抑制偏模的产生。
下述表2示出实施例1至16以及比较例1所涉及的放大用光纤的单位长度的扭转数N与γ、αL、αS。另外，扭转数N与偏斜抑制指数γ的关系示于图5。在图5中，横轴是与长边方向平行的单位长度的扭转数N，纵轴是偏斜抑制指数γ。由表2和图5可知，随着扭转数N变大，偏斜抑制指数γ变大。但是可知，若扭转数N为3以上，偏斜抑制指数γ不会变得过大。由扭转数N为7.5的实施例4至16可知，偏斜抑制指数γ几乎为1，充分抑制偏模。
表2
N[周/m] αs αL γ
比较例1 0.0 0.42 0.29 0.69
实施例1 1.0 0.38 0.31 0.82
实施例2 3.3 0.39 0.35 0.90
实施例3 5.0 0.42 0.37 0.88
实施例4 7.5 1.08 1.05 0.98
实施例5 7.5 1.12 1.08 0.96
实施例6 7.5 1.20 1.20 1.00
实施例7 7.5 1.31 1.20 0.92
实施例8 7.5 1.20 1.19 0.99
实施例9 7.5 0.94 0.94 1.00
实施例10 7.5 1.32 1.30 0.98
实施例11 7.5 1.16 1.12 0.97
实施例12 7.5 1.31 1.25 0.95
实施例13 7.5 1.16 1.15 0.99
实施例14 7.5 1.19 1.17 0.99
实施例15 7.5 1.14 1.13 1.00
实施例16 7.5 1.09 1.09 1.00
此外，由图4也能确认以下内容。单位长度的扭转数N越大，放大用光纤的光的吸收量越相对于放大用光纤的长度以近似线形的形状变化，若放大用光纤变长，则扭转数N越大，放大用光纤的光的吸收量越多。这是因为扭转数N越大越能抑制偏模的产生。
(对模耦合抑制效应的评价)
利用以下说明的方法针对实施例3至16以及比较例1所涉及的放大用光纤，评价了模耦合的抑制效应。
对模耦合抑制效应的评价使用了M2(M的平方)。M2是使用束腰直径和发散角度定义的量，必须是1以上的值。另外，M2小的激光的基模的比例高，在理想的高斯光束下，M2为1。
在与光源连接的光纤的与光源相反一侧的末端，分别连接有被切断成长度3m的实施例3至16以及比较例1所涉及的放大用光纤，测定出M2。预先测定与光源连接的光纤的M2，将与连接有实施例3至16以及比较例1所涉及的放大用光纤的情况下的M2的差分设为M2恶化量。可以说M2恶化量越小，越抑制模耦合。另外，针对比较例1所涉及的放大用光纤，在全长(3m)范围内给予旋转15周的扭转，与上述同样进行了评价。即，针对比较例1所涉及的放大用光纤，以与实施例3所涉及的放大用光纤相同的转速(5旋转/m)给予弹性的扭转并进行了评价。这些评价结果示于下述表3和图6。图6是横轴为单位长度的扭转数N，纵轴为M2恶化量。
表3
由表3和图6可知，施加了恒久的扭转的实施例3至16所涉及的放大用光纤与未施加扭转的比较例1所涉及的放大用光纤相比，在M2恶化量上几乎没有差异。另一方面，若对施加了恒久的扭转的实施例3至16所涉及的放大用光纤与给予了弹性的扭转的比较例1所涉及的放大用光纤进行比较，则实施例3至16所涉及的放大用光纤的M2恶化量明显小。因此，在施加了弹性的扭转的情况下，产生模耦合，在如实施例3至16所涉及的放大用光纤那样施加了恒久的扭转的情况下，几乎都未产生模耦合。此外，实施例3所涉及的放大用光纤的M2恶化量为0.02左右是由于在光纤的连接点产生的模耦合的影响。
综上所述可知，采用具有被施加了恒久的扭转的、截面为多边形的内侧包层的放大用光纤，能够抑制模耦合并抑制偏模的产生。
如以上说明所示，根据本发明，提供能够抑制模耦合并抑制偏模的产生的放大用光纤，并期待在加工机、医疗用激光装置等领域利用。
附图标记说明
1、2…激光装置；10…放大用光纤；11…纤芯；12…内侧包层；13…外侧包层；14…包覆层；20…激发光源；21…激光二极管；31…第一FBG；32…第二FBG；40、50…光纤合束器；70…种子光源。

Claims (7)

1.一种放大用光纤，其特征在于，具备：
纤芯，其添加有活性元素，并能供光以多模传播；
内侧包层，其包围所述纤芯，且折射率低于所述纤芯；以及
外侧包层，其包围所述内侧包层，且折射率低于所述内侧包层，在垂直于长边方向的截面上，所述内侧包层的外周为多边形，所述内侧包层被施加以所述纤芯的中心轴为中心的恒久的扭转。
2.根据权利要求1所述的放大用光纤，其特征在于，
在与长边方向平行的方向上1m长度的单位内，所述扭转转过3周以上且低于30周。
3.根据权利要求1或者2所述的放大用光纤，其特征在于，
所述内侧包层与所述纤芯的相对折射率差为0.08％以上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的放大用光纤，其特征在于，
在所述纤芯传播的LP01模式的光的传播常数与LP11模式的光的传播常数之差为1000/m以上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的放大用光纤，其特征在于，
在所述纤芯传播的光的有效截面积为300μm2以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的放大用光纤，其特征在于，
LP03模式的光的理论截止波长为1.3μm以下。
7.一种激光装置，其特征在于，具备：
权利要求1至6中任一项所述的放大用光纤；和
射出在所述放大用光纤传播的光的至少一个光源。
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