CN110323659A - 放大用光纤、光纤激光装置以及光谐振器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供放大用光纤、光纤激光装置以及光谐振器。放大用光纤(10)的特征在于具备：芯部(11)以及折射率比芯部(11)低的内侧包层(12)，在芯部(11)整体添加被激发光激发的活性元素，在芯部(11)传播的光中，LP01模式的光的相对有效折射率差为0.05％以上，LP21模式的光的相对有效折射率差小于0.05％。

Description

放大用光纤、光纤激光装置以及光谐振器
技术领域
本发明涉及能够抑制光束品质变差并且能够放大光的放大用光纤、光纤激光装置以及光谐振器。
背景技术
光纤激光装置能够得到聚光性优异、功率密度高、形成为小的光斑的光，因此用于激光加工领域、医疗领域等各种领域中。在这样的光纤激光装置中，射出的光被高输出化。然而，若光纤内的光的功率密度升高，则存在容易产生由感应拉曼散射引起的光的波长转换，射出不希望的波长的光的情况。在该情况下，有时在设计上应被放大的波长的光的放大变得不稳定，因而输出变得不稳定。
作为抑制光纤中的感应拉曼散射的方法，可列举出使在芯部传播的光的有效截面积增大来降低芯部内的光的能量密度的方法。增大该有效截面积的方法可列举出增大芯部的直径的方法、减小芯部相对于包层的相对折射率差的方法等。然而，若增大芯部的直径，则芯部的光限制能力变大，因此具有在光纤中传播的光多模化，射出的光的光束品质变差的趋势。
在下述专利文献1中记载了向芯部的中心添加通过激发光激发的增益介质，在芯部的外周添加吸收信号光的吸收介质的放大用光纤。根据这样的结构，与高阶模式的光相比基本模式的光被放大，结果能够抑制光束品质变差。
专利文献1：国际公开第2003/067723号
然而，在专利文献1记载的放大用光纤中，在芯部的一部分添加增益介质，因此与对芯部整体添加增益介质的情况相比，存在放大的效率较差的趋势。因此寻求通过其它方法抑制光束品质降低的放大用光纤。另外，光束品质例如用M2(M平方)等表示。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制光的放大效率降低并且能够抑制光束品质变差的放大用光纤、光纤激光装置以及光谐振器。
为了解决上述课题，本发明的放大用光纤具备：芯部、和折射率比所述芯部低的包层，在所述芯部整体添加会被激发光激发的活性元素，在所述芯部传播的光中，LP01模式的光的相对有效折射率差为0.05％以上，LP21模式的光的相对有效折射率差小于0.05％。
在本发明的放大用光纤中，在芯部整体添加活性元素，因此与上述专利文献1那样在芯部的一部分添加活性元素的情况相比，能够有效地放大在芯部传播的光。因此与上述专利文献1记载的放大用光纤相比，能够抑制光的放大效率的降低。另外，本申请的发明人们发现了在芯部整体添加活性元素的放大用光纤中，相对有效折射率差为0.05％以上的LP模式的光的放大率高，相对有效折射率差小于0.05％的LP模式的光的放大率低。因此根据上述光纤，LP01模式的光被放大，LP21模式的光的放大被抑制。另外，相对有效折射率差能够理解为光被封闭在芯部内的指标。因此，若LP21模式的光的相对有效折射率差小于0.05％，则比其高阶的模式的光的相对有效折射率差也小于0.05％。因此根据上述放大用光纤，能够抑制LP21模式以上的高阶模式的光的放大，从而能够抑制从放大用光纤射出的光的光束品质变差。
另外，优选为，在所述芯部传播的光中，LP11模式的光的相对有效折射率差小于0.05％。。
在该情况下，能够抑制LP11模式以上的高阶模式的光的放大，因此能够进一步抑制从放大用光纤射出的光的光束品质变差。
或者，优选为，在所述芯部传播的光中，LP11模式的光的相对有效折射率差为0.05％以上。
在该情况下，能够分别将LP01模式的光以及LP11模式的光放大，因此与抑制射出的光的光束品质变差并且仅放大LP01模式的光的情况相比，能够从放大用光纤射出高功率的光。
另外，优选为，所述芯部的折射率分布与所述活性元素的浓度分布对应。
在该情况下，由于芯部的折射率分布与活性元素的浓度分布对应，因此芯部的折射率越高的区域，活性元素的浓度越高。光具有集中于在芯部中折射率高的区域的性质。因此由于光聚集越多的区域，活性元素的浓度越高，由此能够有效地放大光。
另外，优选为，在所述芯部传播的LP01模式的光的有效截面积为200μm2以上。
通过传播LP01模式的光的有效截面积的光，能够抑制产生感应拉曼散射，能够抑制与预想的光的波长不同的波长的光射出。
在该情况下，优选为，在所述芯部传播的LP01模式的光的有效截面积为400μm2以下。
由于LP01模式的光的有效截面积为400μm2以下，由此能够抑制LP01模式的光在光纤中传播时向高阶模式的光转换的情况，能够进一步抑制光束品质变差。
另外，优选为，所述芯部的相对折射率差为0.08％以上。
由于芯部的相对折射率差为0.08％以上，由此即使在放大用光纤被弯曲使用的情况下，也能够提高抗干扰性而稳定地放大光。另外，能够容易地使LP01模式的光的相对有效折射率差成为0.05％以上。
另外，所述活性元素也可以是镱。
在对芯部至少添加镱的情况下，能够放大从波长1000nm到1100nm左右的光的至少一部分波长的光。
另外，所述芯部的直径也可以为23μm以上且27μm以下。
另外，为了解决上述课题，本发明的光纤激光装置具备：上述任一个放大用光纤；以及激发光源，其射出入射至所述放大用光纤的所述激发光。
如上述那样，本发明的放大用光纤能够射出抑制光的放大效率降低并且抑制了光束品质变差的光。因此，本发明的光纤激光装置通过使用这样的放大用光纤，从而能够射出抑制光的放大效率降低并且抑制了光束品质变差的光。
另外，为了解决上述课题，本发明的光谐振器具备：上述任一个放大用光纤；第一反射镜，其在所述放大用光纤的一侧与所述放大用光纤的所述芯部光学耦合，对被激发的所述活性元素放射出的光的至少一部分波长的光进行反射；以及第二反射镜，其在所述放大用光纤的另一侧与所述放大用光纤的所述芯部光学耦合，并以比所述第一反射镜低的反射率对所述第一反射镜反射的光中的至少一部分波长的光进行反射。
如上述那样，本发明的放大用光纤能够射出抑制光的放大效率降低并且抑制了光束品质变差的光。因此本发明的光谐振器通过使用这样的放大用光纤，从而能够射出抑制光的放大效率降低并且抑制了光束品质变差的光。
如以上那样，根据本发明，能够提供一种能够抑制光的放大效率降低并且能够抑制光束品质变差的放大用光纤、光纤激光装置以及光谐振器。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的光纤激光装置的图。
图2是图1所示的放大用光纤的剖视图。
图3是表示在放大用光纤的芯部传播的LP11模式的光的相对有效折射率差、与从放大用光纤射出的光的光束品质的关系的图。
图4是通过模拟表示LP11模式的光的相对有效折射率差与LP21模式的光的相对有效折射率差的关系的图。
图5是通过模拟表示LP01模式的光的相对有效折射率差以及LP21模式的光的相对有效折射率差成为0.05％的情况下光纤的芯部的直径以及相对折射率差、以及LP01模式的光的有效截面积为200μm2以及400μm2的情况下光纤的芯部的直径以及相对折射率差的图。
图6是通过模拟表示LP01模式的光的相对有效折射率差以及LP11模式的光的相对有效折射率差成为0.05％的情况下光纤的芯部的直径以及相对折射率差、以及LP01模式的光的有效截面积为200μm2以及400μm2的情况下光纤的芯部的直径以及相对折射率差的图。
图7是通过模拟表示LP11模式的光的相对有效折射率差以及LP21模式的光的相对有效折射率差成为0.05％的情况下光纤的芯部的直径以及相对折射率差、以及LP01模式的光的有效截面积为200μm2以及400μm2的情况下光纤的芯部的直径以及相对折射率差的图。
图8是表示本发明的第二实施方式的光纤激光装置的图。
附图标记说明：1、2…光纤激光装置；10…放大用光纤；11…芯部；12…内侧包层(包层)；20…激发光源；30…第一光纤；35…第一FBG；40…第二光纤；45…第二FBG；60…种光源
具体实施方式
以下，一边参照附图、一边对本发明的光纤以及激光装置的优选的实施方式进行详细地说明。以下例示的实施方式是为了易于理解本发明，而不是为了限定本发明进行解释。本发明在不脱离其宗旨的情况下，能够进行变更、改进。另外为了容易理解，存在各个图的比例与以下说明中记载的比例不同的情况。
(第一实施方式)
图1是表示本实施方式的激光装置的图。如图1所示，本实施方式的光纤激光装置1是MO-PA(Master Oscillator Power Amplifier：主振荡器功率放大器)型的光纤激光装置，作为主要构成具备：放大用光纤10、激发光源20、第一光纤30、第二光纤40、光纤合束器50以及种光源60。
图2是图1所示的放大用光纤10的剖视图。如图2所示放大用光纤10作为主要构成具备：芯部11、作为无间隙地包围芯部11的外周面的包层的一个方式的内侧包层12、覆盖内侧包层12的外周面的外侧包层13、覆盖外侧包层13的覆盖层14，放大用光纤10是所谓的双包层构造。内侧包层12的折射率比芯部11的折射率低，外侧包层13的折射率比内侧包层12的折射率低。
芯部11如后述那样由至少添加了被从激发光源20射出的激发光激发的镱(Yb)等活性元素的石英构成。作为活性元素，能够列举出镱以外的稀土类元素，作为稀土类元素除了上述镱以外，可列举出铥(Tm)、铈(Ce)、钕(Nd)、铕(Eu)铒(Er)等。此外作为活性元素，除了稀土类元素以外，可列举出铋(Bi)等。该活性元素一般具有作为使芯部11的折射率上升的掺杂剂的性质。另外，在芯部11中除了活性元素以外，也可添加用于调整折射率的锗(Ge)、磷(P)、铝(Al)、钛(Ti)、氧化锗(GeO2)、氯(Cl)、硼(B)、氟(F)等掺杂剂。此外在芯部11的折射率比石英的折射率高的情况下，内侧包层12例如由未添加任何掺杂剂的石英、添加了使折射率降低的氟(F)、硼(B)等掺杂剂的石英构成。另外，在芯部11的折射率是与石英的折射率没什么差别的折射率的情况下，内侧包层12由使添加了使折射率降低的氟(F)、硼(B)等掺杂剂的石英构成。另外，外侧包层13的折射率比内侧包层12的折射率低，且由树脂或者石英构成。作为树脂例如可列举出紫外线固化树脂、热固化性树脂等，作为石英例如可列举出以使折射率比内侧包层12更低的方式添加了使折射率降低的氟(F)、硼(B)等掺杂剂的石英。另外，作为构成覆盖层14的材料例如可列举出紫外线固化树脂、热固化性树脂等，在外侧包层13是树脂的情况下，设为与构成外侧包层的树脂的材料不同的紫外线固化树脂、热固化性树脂等。
另外，放大用光纤10是少模光纤，在芯部11传播的光除了作为基本模式的LP01模式的光以外，还传播二阶LP模式以上的高阶模式的光。作为该高阶模式的光，例如可列举出LP11模式的光、LP21模式的光等。该光的波长例如为1060nm。
激发光源20由多个激光二极管21构成。在本实施方式中，激光二极管21例如是将GaAs系半导体作为材料的法布里-珀罗型半导体激光，射出中心波长为915nm、960nm等的激发光。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，例如作为多模光在光纤25中传播。
各个光纤25在光纤合束器50中与放大用光纤10的一端连接。具体而言，以各个光纤25的芯部与放大用光纤10的内侧包层12光学耦合的方式，将各个光纤25的芯部与放大用光纤10的内侧包层12连接。因此，各个激光二极管21射出的激发光经由光纤25入射于放大用光纤10的内侧包层12，并主要在内侧包层12传播。
第一光纤30在本实施方式中是单模光纤，作为主要构成具备：芯部、无间隙地包围该芯部的外周面的包层、覆盖包层的覆盖层。例如芯部的直径被设为放大用光纤10的芯部11的直径以下，芯部的折射率被设为与放大用光纤10的芯部11的折射率相同。另外，在第一光纤30的芯部未添加镱等活性元素。另外，第一光纤30的包层例如除了直径比放大用光纤10的内侧包层12小这一点之外，被设为与内侧包层12相同的结构。第一光纤30的覆盖层例如被设为与放大用光纤10的覆盖层14的结构相同。
第一光纤30在光纤合束器50中，与放大用光纤10的一端连接。具体而言，以第一光纤30的芯部与放大用光纤10的芯部11光学耦合的方式，将放大用光纤10与第一光纤30连接。因此，在第一光纤30传播的光入射至放大用光纤10的芯部11，并在芯部11传播。
在第一光纤30的与放大用光纤10连接的一侧相反的一侧连接有种光源60。种光源60例如由激光二极管、光纤激光器等构成，构成为射出规定的波长、例如波长1060nm、1085nm等的光。
对于第二光纤40而言，除了芯部的直径是与放大用光纤10的芯部11相同的直径，包层的直径是与放大用光纤10的内侧包层12相同的直径这些点以外，被设为与第一光纤30相同的结构。因此，本实施方式的第二光纤40是少模光纤，能够传播与放大用光纤10的芯部11传播的光相同的光。第二光纤40以放大用光纤10的芯部11与第二光纤40的芯部光学耦合的方式与放大用光纤10的另一端连接。因此，在放大用光纤10的芯部11传播的少模的光，保持少模的状态在第二光纤40的芯部传播。另外，在本实施方式中，虽然在第二光纤40的与放大用光纤侧相反的一侧的另一端未特别连接任何部件，但也可以连接玻璃棒等。
接下来，对光纤激光装置1的动作进行说明。
首先，从激发光源20的各个激光二极管21射出激发光。该激发光经由光纤25入射至放大用光纤10的内侧包层12，并主要在内侧包层12传播。在内侧包层12传播的激发光在通过芯部11时激发被添加于芯部11的活性元素。这样在活性元素被激发的状态下，从种光源60射出规定的波长的光。从种光源60射出的光经由第一光纤30的芯部而入射至放大用光纤10的芯部11，并在芯部11传播。该光成为起点而活性元素产生受激发射，在芯部11传播的光被放大。被放大后的光从放大用光纤10的芯部11射出，在第二光纤40的芯部传播，并从第二光纤射出。
接着，对放大用光纤10进行更详细地说明。
首先，对光的相对有效折射率差进行说明。在光纤的芯部传播的各LP模式的光的相对有效折射率差Δneff，通过下述算式(1)来定义。
在上述算式(1)中，neff是各LP模式的光的有效折射率，nclad是包层的折射率。各LP模式的光的有效折射率neff是由各LP模式的光的电场分布确定的值，能够得到从芯部的折射率ncore到包层的折射率nclad的值。在封闭在芯部内光较多而向包层散射很少的情况下，有效折射率neff接近芯部的折射率ncore，在封闭在芯部内的光很少而向包层散射的光较多的情况下，有效折射率neff接近包层的折射率nclad。因此相对有效折射率差Δneff能够理解为光被封闭在芯部内的指标。
另外，在放大用光纤10传播的各模式的光的放大率影响添加活性元素的区域与光的重叠。如上述那样在本实施方式中，在芯部11的整体添加有活性元素。因此若光封闭在芯部11的比例越多，则放大率越高。因此上述相对有效折射率差Δneff越大的模式的光，其放大率越高。另外，优选使芯部11的折射率分布与被添加于芯部11的活性元素的浓度分布对应。即、优选芯部11的折射率越高的区域，则活性元素的浓度越高。光具有在芯部中集中于折射率高的区域的性质。因此，光汇聚越多的区域，活性元素的浓度越高，由此能够有效地放大光。
图3是表示在放大用光纤10的芯部11传播的LP11模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)、与从放大用光纤10射出的光的光束品质M2的关系的图。在测定该关系时，使用在图1所记载的光纤激光装置1中省略了第二光纤40的装置。作为激发光源20，使用了射出波长960nm的光的多个激光二极管21。作为种光源60，使用了射出波长1085nm的光的光源。另外，作为放大用光纤10，使用了向芯部11添加了镱的光纤。在实际测定中，使用了芯部11的直径是从23μm到27μm，芯部11的相对折射率差是从0.08％到0.14％的多个放大用光纤10。另外，在放大用光纤10中，将相对折射率差超过0.02％的区域作为芯部11，如上述那样决定直径。
根据图3可知，光束品质M2大体在LP11模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)小于0.05％时是1.1左右。因此，认为在LP11模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)小于0.05％时LP11模式的光的放大被抑制。与此相对，可知若LP11模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)成为0.05％以上，则光束品质M2大体变差到1.5左右。该理由在于若LP11模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)成为0.05％以上，则LP11模式的光被封闭在芯部11内的比例增大，LP11模式的光被大幅度地放大。另外，可知若LP11模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)成为0.088％以上，则光束品质M2大致进一步变差到1.8左右。该理由在于LP21模式的光被封闭在芯部11内的比例增大，LP21模式的光被大幅度地放大。
图4是通过模拟表示LP11模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)与LP21模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP21)的关系的图。在计算该关系时，设为以下的光纤，即：将芯部的直径设为从23μm到27μm，将相对折射率差设为从0.08％到0.14％，折射率分布是阶跃折射率型。如图4所示，若LP11模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)是0.088％以上，则LP21模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP21)是0.05％以上。另外，该数值根据各曲线求出近似曲线来计算。即在图3中，可知LP11模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)是0.088％以上而光束品质M2降低的原因是因为LP21模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP21)成为0.05％以上，LP21模式的光被大幅度地放大。据此，相对有效折射率差Δneff是0.05％以上的LP模式的光被放大，相对有效折射率差Δneff小于0.05％的LP模式的光的放大被抑制。因此，若LP21模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP21)小于0.05％，则LP21模式的光的放大被抑制。另外，若LP21模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP21)小于0.05％，则比其高的高阶模式的光的相对有效折射率差也小于0.05％。这是因为光的LP模式的阶数的计数方法是从有效折射率高的模式到低的模式进行计数。另外，如上述那样各模式的光的相对有效折射率差Δneff是光被封闭在芯部内的指标，因此即使放大用光纤的折射率分布不是阶跃折射率型，其也适合于对芯部整体添加有活性元素的放大用光纤。
如上述那样，图3的测定使用了在图1所记载的光纤激光装置1中省略了第二光纤40的装置。然而，即使在图1所记载的光纤激光装置1中没有省略第二光纤40的情况下，若LP11模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)小于0.088％，即LP21模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP21)小于0.05％，则能够使光束品质M2大体成为1.6以下。另外，若LP11模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)小于0.05％，则能够使光束品质M2大体成为1.3以下。
图5是通过模拟表示LP01模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP01)以及LP21模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP21)成为0.05％的情况下的光纤的芯部的直径以及相对折射率差、以及LP01模式的光的有效截面积Aeff是200μm2以及400μm2的情况下的光纤的芯部的直径以及相对折射率差的图。在计算该关系时，成为将芯部的直径设为从10μm到35μm，将相对折射率差设为从0.06％到0.20％的阶跃折射率型的光纤。如图5所示，可知若放大用光纤10的芯部11的直径以及相对折射率差在表示LP01模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP01)是0.05％的线、与表示LP21模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP21)是0.05％的线之间，则能够放大LP01模式的光而LP21模式以上的光的放大能够被抑制。因此，可知通过使放大用光纤10的芯部11具有这样的直径以及相对折射率差，能够抑制光的放大的效率的降低并且能够抑制光束品质变差。另外，若在芯部传播的LP01模式的光的有效截面积为200μm2以上，则能够抑制产生感应拉曼散射，能够抑制射出与预期的光的波长不同的波长的光。另外，若在芯部传播的LP01模式的光的有效截面积为400μm2以下，则能够抑制LP01模式的光在光纤中传播时向高阶模式的光转换的情况，能够进一步抑制光束品质的变差。因此，若放大用光纤10的芯部11的直径以及相对折射率差处在表示LP01模式的光的有效截面积Aeff是200μm2的线与表示LP01模式的光的有效截面积Aeff是400μm2的线之间，则能够抑制光的能量密度变得过高，能够抑制感应拉曼散射光的产生并且能够抑制LP01模式的光在光纤中传播时向高阶模式的光转换的情况。作为这样的例子，例如作为放大用光纤10的芯部11，可列举出直径是20μm，相对折射率差是0.12％的芯部。
在图5中，示出了放大LP01模式的光并能够抑制LP21模式以上的光的放大的芯部的例子。此外存在放大LP01模式的光并抑制LP11模式以上的光的放大而使在芯部11中传播的光接近单模的情况。图6是通过模拟表示LP01模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP01)以及LP11模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)是0.05％的情况下的光纤的芯部的直径以及相对折射率差、以及LP01模式的光的有效截面积Aeff是200μm2以及400μm2的情况下的光纤的芯部的直径以及相对折射率差的图。该关系通过与图5的计算相同的条件来计算。如图6所示，若放大用光纤10的芯部11的直径以及相对折射率差处于表示LP01模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP01)是0.05％的线、与表示LP11模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)是0.05％的线之间，则放大LP01模式的光并能够抑制LP11模式以上的光的放大，能够使从芯部11射出的光接近单模。因此可知通过放大用光纤10的芯部11具有这样的直径以及相对折射率差，能够抑制光的放大的效率的降低并且能够进一步抑制光束品质的变差。另外在本例中，若放大用光纤10的芯部11的直径以及相对折射率差处于表示LP01模式的光的有效截面积Aeff是200μm2的线与表示LP01模式的光的有效截面积Aeff是400μm2的线之间，则也能够抑制光的能量密度过高，能够抑制感应拉曼散射光的产生并且能够抑制LP01模式的光在光纤中传播时向高阶模式的光转换的情况。作为这样的例子，例如作为放大用光纤10的芯部11，可列举出直径是20μm，相对折射率差是0.10％的芯部。
另一方面，存在想抑制LP01模式的光以及LP11模式以上的光的放大，抑制LP21模式以上的光的放大的情况。图7是通过模拟表示LP11模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)以及LP21模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)是0.05％的情况下的光纤的芯部的直径及相对折射率差、以及LP01模式的光的有效截面积Aeff是200μm2以及400μm2的情况下的光纤的芯部的直径以及相对折射率差的图。该关系利用与图5的计算相同的条件来计算。如图7所示，若放大用光纤10的芯部11的直径以及相对折射率差处于表示LP11模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP11)的0.05％的线、与表示LP21模式的光的相对有效折射率差Δneff(LP21)是0.05％的线之间，则能够放大LP01模式的光以及LP11模式的光并抑制LP21模式以上的光的放大，能够从芯部11射出以LP01模式的光和LP11模式的光为主的少模的光。在该情况下，在与图6的例子相比时，虽光束品质变差，但如图3所示，光束品质M2是1.5左右，因此光束品质的变差被充分抑制。因此，可知放大用光纤10的芯部11通过具有这样的直径以及相对折射率差，能够抑制光的放大的效率的降低并且能够抑制光束品质的变差。另外，除了LP01模式的光以外LP11模式的光也被放大，在与图5的情况相比时，能够从放大用光纤10射出高功率的光。另外，在本例中，若放大用光纤10的芯部11的直径以及相对折射率差也处于表示LP01模式的光的有效截面积Aeff是200μm2的线与表示LP01模式的光的有效截面积Aeff是400μm2的线之间，则能够抑制光的能量密度过高、能够抑制感应拉曼散射光的产生并且能够抑制LP01模式的光在光纤中传播时向高阶模式的光转换的情况。这样这样的例子，例如作为放大用光纤10的芯部11可列举出直径是20μm，相对折射率差是0.16％的芯部。
另外，优选芯部11的相对折射率差是0.08％以上。芯部11的相对折射率差是0.08％以上，由此即使在放大用光纤10被弯曲使用的情况下，也能够提高抗干扰性并能够稳定地放大光。另外，能够容易地将LP01模式的光的相对有效折射率差设为0.05％以上。另外，芯部11的直径也可是23μm以上27μm以下。
以上，如对本实施方式进行说明的那样，向本实施方式的放大用光纤10的芯部11整体添加通过激发光而被激发的活性元素，在芯部11中传播的光中，LP01模式的光的相对有效折射率差是0.05％以上，LP21模式的光的相对有效折射率差小于0.05％。
在具有这样的芯部11的放大用光纤10中，整体对芯部11添加活性元素，因此与向芯部的一部分添加活性元素的放大用光纤相比，能够有效地放大在芯部11中传播的光。因此，与向芯部的一部分添加活性元素的放大用光纤相比，能够抑制光的放大的效率的降低。另外，在芯部11中传播的LP01模式的光的相对有效折射率差是0.05％以上，LP21模式的光的相对有效折射率差小于0.05％，因此根据本实施方式的放大用光纤10，LP01模式的光被放大，LP21模式以上的光的放大被抑制。因此，根据本实施方式的放大用光纤10，能够抑制射出的光的光束品质变差。
另外，本实施方式的光纤激光装置1具备：这样的放大用光纤10、射出入射至放大用光纤10的激发光的激发光源20。如上述那样本实施方式的放大用光纤10能够射出抑制了光的放大的效率的降低并且抑制了光束品质的变差的光。因此，本实施方式的光纤激光装置1能够射出抑制光的放大效率降低并且抑制了光束品质变差的光。
(第二实施方式)
接下来，参照图8对本发明的第二实施方式进行详细地说明。另外，关于与第一实施方式相同或者等同的结构要素，除了特别说明的情况外，标注相同的附图标记并省略重复的说明。
图8是表示本实施方式的光纤激光装置的图。本实施方式的光纤激光装置2在不具备种光源60，在第一光纤30的芯部设置有作为第一反射镜的第一FBG35，在第二光纤40的芯部设置有作为第二反射镜的第二FBG45，是谐振器型的光纤激光装置这些点上，与第一实施方式的光纤激光装置1不同。
本实施方式的第一光纤30的芯部在其直径与放大用光纤10的芯部11相同这一点上，与第一实施方式的第一光纤30的芯部不同。如上述那样在第一光纤30的芯部设置有第一FBG35。被这样设置的第一FBG35在放大用光纤10的一侧与放大用光纤10的芯部11光学耦合。在第一FBG35中，沿第一光纤30的芯部的长度方向周期性地重复折射率比第一光纤30的芯部的第一FBG35以外的部分高的高折射率部、和折射率与第一光纤30的芯部的第一FBG35以外的部分相同的低折射率部。这样的第一FBG35反射在被添加到放大用光纤10的芯部11的活性元素成为激发状态时放射出的光中的至少一部分的波长的光，例如包含1060nm的波长的光。另外，第一FBG35的反射率比后述的第二FBG45的反射率高，反射上述活性元素放射出的光的至少一部分的波长的光的例如99％以上。另外，在第一光纤30的与放大用光纤10连接的一侧的相反侧的端部设置有将光转换为热的终端部38。
另外，如上述那样在第二光纤40的芯部设置有第二FBG45。这样，第二FBG45在放大用光纤10的另一侧与放大用光纤10的芯部11光学耦合。第二FBG45与第一FBG35同样周期性地重复高折射率部和低折射率部而形成。第二FBG45构成为以比第一FBG35低的反射率反射包含第一FBG35反射的波长的光。第二FBG45在第一FBG35反射的光入射的情况下，例如以10％左右的反射率反射该光。
这样，通过第一FBG35、放大用光纤10以及第二FBG45而形成谐振器。另外，在图8的例子中，第一FBG35虽被设置于与以光纤合束器50为基准的放大用光纤10侧相反的一侧，但第一FBG35也可被设置于与以光纤合束器50为基准的放大用光纤10侧相同的一侧，也可利用第一FBG35与第二FBG45夹着放大用光纤10。
接下来，对光纤激光装置2的动作进行说明。
首先，从激发光源20的各个激光二极管21射出激发光。该激发光经由光纤25向放大用光纤10的内侧包层12入射，主要在内侧包层12中传播。在内侧包层12中传播的激发光在通过芯部11时激发已被添加于芯部11的镱。成为激发状态的镱放射出特定的波段的自发放射光。以该自发放射光为起点，被第一FBG35以及第二FBG45共用反射的包含规定的波长、例如波长1060nm的光在第一FBG35与第二FBG45之间共振。在共振的光在放大用光纤10的芯部11中传播时，激发状态的镱产生受激发射，而共振的光被放大。共振的光中的、一部分的光透射第二FBG45，并从第二光纤40射出。而且，在包含第一FBG35、放大用光纤10和第二FBG45的谐振器内的增益和损失相等时成为激光振荡状态，从第二光纤40射出恒定的功率的光。
另外，从放大用光纤10侧透射第一FBG35的光的大部分被终端部38转换为热而消失。
然而如上述那样，放大用光纤10能够抑制光的放大的效率的降低并且能够抑制光束品质的变差。因此本实施方式的光纤激光装置2与第一实施方式的光纤激光装置1相同，能够射出抑制光的放大效率降低并且抑制了光束品质变差的光。
以上，对于本发明虽以实施方式为例进行了说明，但本发明并不限定于此，在实现本发明的目的范围内能够适当地改变构成。
例如在上述实施方式中，作为放大用光纤10例示并说明了具有包围芯部11的外周面的内侧包层12、和包围内侧包层12的外周面的外侧包层13的双包层光纤，并例示并说明了使激发光向内侧包层12入射的光纤激光装置1、2。然而，本发明的放大用光纤、光纤激光装置并不限定于此。例如本发明的放大用光纤若具有芯部和包层，则也可不具备外侧包层。在该情况下，在光纤激光装置中，只要使激发光向放大用光纤的芯部入射，并激发活性元素即可。
如以上说明那样，根据本发明，能够提供一种能够抑制光的放大效率降低并且能够抑制光束品质变差的放大用光纤、光纤激光装置以及光谐振器，期待在加工用的激光装置等中的利用。

Claims (11)

1.一种放大用光纤，其特征在于，
具备：芯部、和折射率比所述芯部低的包层，
在所述芯部整体添加会被激发光激发的活性元素，
在所述芯部传播的光中，LP01模式的光的相对有效折射率差为0.05％以上，LP21模式的光的相对有效折射率差小于0.05％。
2.根据权利要求1所述的放大用光纤，其特征在于，
在所述芯部传播的光中，LP11模式的光的相对有效折射率差小于0.05％。
3.根据权利要求1所述的放大用光纤，其特征在于，
在所述芯部传播的光中，LP11模式的光的相对有效折射率差为0.05％以上。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的放大用光纤，其特征在于，
所述芯部的折射率分布与所述活性元素的浓度分布对应。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的放大用光纤，其特征在于，
在所述芯部传播的LP01模式的光的有效截面积为200μm2以上。
6.根据权利要求5所述的放大用光纤，其特征在于，
在所述芯部传播的LP01模式的光的有效截面积为400μm2以下。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的放大用光纤，其特征在于，
所述芯部的相对折射率差为0.08％以上。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的放大用光纤，其特征在于，
所述活性元素是镱。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的放大用光纤，其特征在于，
所述芯部的直径为23μm以上且27μm以下。
10.一种光纤激光装置，其特征在于，具备：
权利要求1～9中的任一项所述的放大用光纤；以及
激发光源，其射出入射至所述放大用光纤的所述激发光。
11.一种光谐振器，其特征在于，具备：
权利要求1～9中的任一项所述的放大用光纤；
第一反射镜，其在所述放大用光纤的一侧与所述放大用光纤的所述芯部光学耦合，对被激发的所述活性元素放射出的光的至少一部分波长的光进行反射；以及
第二反射镜，其在所述放大用光纤的另一侧与所述放大用光纤的所述芯部光学耦合，并以比所述第一反射镜低的反射率对所述第一反射镜反射的光中的至少一部分波长的光进行反射。
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