CN111837297A - 激光振荡器、激光加工装置、光纤、光纤制造方法及光纤制造装置 - Google Patents

Abstract

在使用光纤的激光振荡器中，实现较强的激光振荡。激光振荡器(1)具有激励光源(11)、光纤(15)和光栅区域(155)。激励光源(11)输出激励光(L2)。光纤(15)具有芯(151)，该芯(151)使通过激励光(L2)而产生的激光(L1)沿长度方向传输并从出口(O)输出。光栅区域(155)是在芯(151)的长度方向上隔开第1间隔(D1)而形成有多个折射率调制区域(HR)的区域。折射率调制区域(HR)具有与芯(151)的折射率不同的折射率。折射率调制区域(HR)在与芯(151)的长度方向垂直的方向上的截面面积为芯(151)在与长度方向垂直的方向上的截面面积的16％以上。

Description

激光振荡器、激光加工装置、光纤、光纤制造方法及光纤制造 装置

技术领域

本发明涉及激光振荡器、具有该激光振荡器的激光加工装置、用于该激光振荡器的光纤、该光纤的制造方法以及该光纤的制造装置。

背景技术

以往，在具有使光沿长度方向传输的芯的光纤中，已知有在该芯的内部隔开规定的间隔形成具有比芯的折射率高(或低)的折射率的多个区域(称为折射率调制区域)的光纤。当光在芯内部传输时，该多个折射率调制区域对该光起到衍射光栅的作用。因此，形成有上述那样的多个折射率调制区域的光纤被称为“光纤布拉格光栅(Fiber BraggGrating，FBG)”。

如果使光在隔开规定的间隔形成有多个折射率调制区域的光纤中传输，则能够将该光中的具有由光纤的折射率和上述规定的间隔所决定的波长的光作为反射光取出。另外，例如，如果在纤芯中添加了稀土类等的光纤的两端附近以上述规定的间隔形成多个折射率调制区域，并向该光纤导入适当的激励光，则可以使在光纤的纤芯内传输的发光中的、具有由上述规定的间隔决定的波长的光在光纤内往复而放大。即，能够在光纤内实现激光振荡。

在专利文献1中，公开了通过对光纤的芯层照射脉冲激光而在该芯层中引起化学反应，从而在芯层内形成折射率调制区域的技术。在专利文献1中，在形成了1个折射率调制区域之后，使光纤移动光栅周期的量，通过对芯层再次照射脉冲激光，从而隔开光栅周期的间隔而形成多个折射率调制区域。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：专利第3426154号公报

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1等公开的以往的折射率调制区域的形成方法中，将形成折射率调制区域的光以从与芯的长度方向垂直的方向聚焦在芯内部的状态进行照射。如果仅仅是在将焦点聚焦在芯内部的状态下照射该光，则仅该光仅照射在芯内部的极其有限的区域，因此仅能够形成相对于芯的截面具有小比例的面积的折射率调制区域。

如果折射率调制区域的面积小，则与在芯中传输的光的相互作用也变小，如果不增加折射率调制区域的层数，则难以得到较高的光反射率。

由于折射率调制区域的面积小，不能充分地反射在芯内传输的光，因此在将具有用现有的方法形成的折射率调制区域的光纤用作激光振荡器的介质的情况下，在光纤内不能充分放大激光，不能得到激光振荡。实际上，在使用以往的方法在掺杂了稀土类元素的光纤中形成折射率调制区域并将该光纤应用于激光振荡器的情况下，不能输出足够强度的激光。

为了使在纤芯内部产生的激光充分地反射，考虑在光纤的长度方向上形成多个折射率调制区域。但是，在沿着长度方向形成多个折射率调制区域的方法中，主要存在以下两个问题。

第一个问题是，为了沿长度方向形成多个折射率调制区域，需要多次重复(i)激光照射，(ii)停止照射，(iii)使激光光源或光纤沿长度方向移动，(iv)再次进行激光照射这样的过程，制造能够充分地放大激光的光纤光栅需要花费时间。

第二个问题是，当沿着长度方向形成多个折射率调制区域时，由于光纤的结构的变形，不能得到稳定的良好的光纤布拉格光栅。

本发明的目的在于，在具有光纤布拉格光栅的光纤中，减少折射率调制区域的形成数量，同时得到较高的光反射。

用于解决问题的手段

以下，作为用于解决课题的手段，对多个方式进行说明。这些方式可以根据需要任意组合。

本发明的一个方面涉及的激光振荡器具备激励光源、光纤和光栅区域。激励光源输出激励光。光纤具有使由激励光产生的激光沿长度方向传输并从出口输出的芯。光栅区域是多个折射率调制区域在芯的长度方向上隔开第一间隔形成得到的区域。即，光栅区域成为光纤布拉格光栅。折射率调制区域具有与芯的折射率不同的折射率。

在上述激光振荡器中，折射率调制区域的与芯的长度方向垂直的方向上的截面面积是芯的与长度方向垂直的方向上的截面面积的16％以上。

在上述激光振荡器中，在芯内部的光栅区域中形成的折射率调制区域的垂直于芯的长度方向的截面面积为芯的垂直于长度方向的截面面积的16％以上。由此，即使折射率调制区域的形成数量较少，也能够形成针对由激励光产生的激光具有高反射率的光栅区域。

其结果，在上述激光振荡器中，能够相对于由第1间隔决定的特定波长的激光实现较强的激光振荡。即，在上述激光振荡器中能够固定为特定的波长而进行激光振荡，能够输出强度较大的激光。

另外，即使折射率调制区域的形成数量较少，由于具有较高的反射率，也能够缩短光栅区域的形成长度。其结果，能够实现不易受到光纤的长度方向上的品质偏差的影响的高品质的光栅区域(光纤布拉格光栅)。

光栅区域可以具有第一光栅区域和第二光栅区域。第二光栅区域与第一光栅区域沿芯部的长度方向隔开第二间隔而形成。由此，无需在芯的端部设置反射板等就能够在光纤内进行激光的激光振荡。

第一光栅区域和第二光栅区域中的任一方的芯的长度方向上的形成长度可以比另一方的形成长度短。

由此，能够减小第一光栅区域和第二光栅区域中的任一方的反射率，从而能够从形成有反射率较小的光栅区域的一侧高效地导出激光。

光纤也可以是掺杂了稀土类元素的氟化物光纤。由此，激光振荡器能够输出具有中红外波长的激光。

光纤中掺杂的稀土元素可以是铒。由此，激光振荡器能够振荡出具有中红外区域的波长的激光。

本发明的其他观点涉及的激光加工装置是将从上述激光振荡器输出的激光照射在工件上而进行加工的装置。

本发明的其他观点涉及的光纤具有芯和光栅区域。光栅区域是由具有与芯的折射率不同的折射率的多个折射率调制区域在芯的长度方向上隔开第一间隔形成得到的区域。另外，在上述光纤中，折射率调制区域的与芯的长度方向垂直的方向上的截面面积是芯的与该长度方向垂直的方向上的截面面积的16％以上。

由此，在上述光纤中，由于折射率调制区域的截面面积为芯的截面面积的16％以上，因此能够在减少了折射率调制区域的形成数量的同时具有高反射率。

另外，由于即使折射率调制区域的形成数量较少也具有较高的反射率，因此能够缩短光栅区域的形成长度。其结果，能够实现不易受到长度方向上的品质偏差的影响的具有高品质的光栅区域(光纤布拉格光栅)的光纤。

光纤的光栅区域可以具有第一光栅区域和与第一光栅区域沿纤芯的长度方向隔开第二间隔而形成的第二光栅区域。

由此，无需在芯的端部设置反射板等就能够在光纤内进行激光的激光振荡。

根据本发明的又一方面，提供了一种制造光纤的方法，所述光纤包括光栅区域，在所述光栅区域中，在芯的长度方向上隔开第一间隔而形成有具有与芯的折射率不同的折射率的多个折射率调制区域。光纤的制造方法包括以下步骤。

◎向芯的内部照射使芯的折射率发生变化的反应光的步骤。

◎在向芯的内部照射了反应光的状态下，使反应光沿与芯的长度方向垂直的方向移动而形成折射率调制区域的步骤。

在上述光纤的制造方法中，在使芯的折射率发生变化的反应光照射到芯的内部的状态下使该反应光在与芯的长度方向垂直的方向上移动，在芯的内部形成具有与芯的折射率不同的折射率的折射率调制区域。

由此，形成了截面面积较大的折射率调制区域，能够增大每一个折射率调制区域的折射率调制。其结果，能够减少折射率调制区域的形成数量，并且能够实现具有较高反射率的光栅区域(光纤布拉格光栅)。

另外，由于能够减少折射率调制区域的形成数量，因此能够缩短具有光栅区域的光纤的制造时间。

进而，通过一边扫描反应光一边形成折射率调制区域，能够调整折射率调制区域的截面面积的大小从而调整每个折射率调制区域的折射率调制的大小，此外，能够调整2个折射率调制区域之间的距离。其结果，能够实现具有各种特性的光栅区域。

本发明的另外的观点涉及的制造装置是具备光栅区域的光纤的制造装置，该光栅区域是在芯的长度方向上隔开第一间隔而形成具有与芯的折射率不同的折射率的多个折射率调制区域而得到的。该制造装置具备反应光源和移动台。

反应光源向芯的内部照射使芯的折射率发生变化的反应光。在向芯的内部照射了反应光的状态下，移动台使反应光沿与芯的长度方向垂直的方向移动。

在上述光纤的制造装置中，在将使纤芯的折射率发生变化的反应光照射到芯的内部的状态下，使该反应光在与芯的长度方向垂直的方向上移动。由此，能够在芯的内部以截面面积较大的状态形成具有与芯的折射率不同的折射率的折射率调制区域。其结果，能够增大每一个折射率调制区域的折射率调制，能够实现在减少了折射率调制区域的形成数量的同时具有较高反射率的光栅区域(光纤布拉格光栅)。

另外，由于能够减少折射率调制区域的形成数量，所以能够缩短具有光栅区域的光纤的制造时间。

并且，通过一边扫描反应光一边形成折射率调制区域，能够调整折射率调制区域的截面面积的大小从而调整每个折射率调制区域的折射率调制的大小，此外，能够调整2个折射率调制区域之间的距离。其结果，能够实现具有各种特性的光栅区域。

上述制造装置还可以具备将反应光的焦点聚焦在芯的内部的透镜。由此，能够在芯的内部的规定区域形成折射率调制区域。

上述制造装置还可以具备评价装置。评价装置基于向光栅区域入射的激励光被光栅区域反射而产生的反射光的强度，对正在形成光栅区域的光纤进行评价。

由此，能够在光纤上形成光栅区域的同时对所形成的光栅区域的特性进行评价。

发明效果

能够实现如下光纤，该光纤具有在减少了折射率调制区域的形成数量的同时具有较高的光反射的光纤布拉格光栅(Fiber bragg grating)。

附图说明

图1是表示激光加工装置的结构的图。

图2是表示激光振荡器的结构的图。

图3是表示光纤的结构的图。

图4是表示折射率调制区域的形成装置的图。

图5是表示折射率调制区域的形成方法的流程图。

图6A是表示在一个焦点位置的附近形成的折射率调制区域的一例的图。

图6B是表示使反应光沿一个方向移动时形成的折射率调制区域的一例的图。

图6C是表示使反应光沿一个方向移动时形成的折射率调制区域的另一例的图。

图6D是表示使反应光向两个方向移动时形成的折射率调制区域的一例的图。

图7A是实施例1中形成的光栅区域的光学显微镜像。

图7B是实施例2中形成的光栅区域的光学显微镜像。

图7C是比较例中形成的光栅区域的光学显微镜像。

图8是表示评价装置的结构的图。

图9是光栅区域的长度与反射光的强度之间的关系的测定结果。

图10是激励光的强度与反射光的强度之间的关系的测定结果。

具体实施方式

1.第1实施方式

(1)激光加工装置

以下，对第1实施方式所涉及的激光加工装置100进行说明。首先，使用图1说明激光加工装置100的结构。图1是表示激光加工装置的结构的图。激光加工装置100是用于使用激光L1加工工件W的装置。

激光加工装置100具有激光振荡器1。激光振荡器1对工件W照射激光L1，进行切断工件W等针对工件W的加工。关于激光振荡器1的结构，将在后面详细说明。

作为能够利用从激光振荡器1照射的激光L1被进行加工的工件W，例如有玻璃基板等。

激光加工装置100具有工件载置台3。工件载置台3配置在激光振荡器1的下方，载置使用激光L1加工的工件W。

在图1所示的例子中，激光振荡器1设置在工件载置台3的上方，对工件W从上方向下方垂直地照射激光L1。但是，不限于此，也可以调整激光振荡器1和工件载置台3的配置位置的关系，以使激光L1能够相对于工件W以任意的角度照射。

另外，也可以在来自激光振荡器1的激光L1的光路上配置透镜和/或反射镜等光学元件，对聚光和扩散照射和/或照射角度进行调整。

(2)一种激光振荡器

接着，使用图2说明上述激光加工装置100所具有的激光振荡器1的结构。图2是表示激光振荡器的结构的图。如图2所示，本实施方式的激光振荡器1是将光纤15用作激光介质和谐振器的光纤激光器。

具体地说，激光振荡器1具有激励光源11。激励光源11输出入射到光纤15的包层153的激励光L2。入射至包层153的激励光L2通过芯151，由此激励光L2在芯151内被吸收。然后，通过受激发射，在芯151内部发光被放大，进而在光纤15内部通过两端的反射镜反复反射，从而达到激光振荡。由该激光振荡产生的光的波长由掺杂在芯151中的元素决定。

如后所述，在本实施方式中，光纤15的芯151是在氟化物类的玻璃中掺杂了稀土类元素而得到的，发出中红外光(波长：2.8μm)。因此，作为激励光L2，例如可以使用波长为976nm的光。作为能够输出上述激励光L2的激励光源11，例如可以使用输出具有上述波长的光的半导体激光器。

激光振荡器1具有光导入部13。光导入部13将从激励光源11输出的激励光L2导入光纤15的包层153。具体地，光导入部13包括激励光波导光纤131和导入透镜133。

激励光波导光纤131是例如将从激励光源11输出的激励光L2引导至导入透镜133的光纤。导入透镜133配置在光纤15的一端即入口I的附近，将由激励光波导光纤131引导的激励光L2导入包层153。

激光振荡器1具有光纤15。光纤15在本实施方式的激光振荡器1中作为激光介质和谐振器发挥作用，使通过激励光L2的照射而产生的激光L1放大并进行激光振荡。关于光纤15的详细结构将在后面详细说明。

激光振荡器1具有准直器17。准直器17是使从光纤15的出口O射出的激光L1成为平行光线的透镜。

(3)光纤

以下，使用图3说明作为激光振荡器1的激光介质和谐振器发挥作用的本实施方式的光纤15的结构。图3是表示光纤的结构的图。

光纤15具有芯151。芯151产生激光L1，该激光L1通过从光导入部13导入的激励光L2而被激励出，具有由掺杂在芯151中的物质决定的波长。即，芯151作为激光振荡器1的激光介质发挥作用。在本实施方式中，芯151是掺杂了稀土类元素的氟化物纤维。具体而言，是作为稀土类元素而掺杂了铒(Er)的ZBLAN玻璃。ZBLAN玻璃是以锆(Zr)，钡(Ba)，镧(La)，铝(Al)，钠(Na)为主要成分的玻璃。

通过将掺杂了铒的ZBLAN玻璃用作芯151的材料并使芯151被激励光L2激励，从而得到中红外线的波长(具体而言，2.8μm附近)的激光L1。

光纤15具有包层153。包层153是在芯151的外周以覆盖芯151的方式形成的具有比芯151的折射率小的折射率的层。通过具有包层153，在芯151中产生的激光L1在芯151与包层153的界面被全反射和/或折射，能够沿芯151的长度方向传输。

沿芯151的长度方向传输的激光L1从光纤15的出口O输出。

在其他实施方式中，包层153也可以在光纤15的径向上具有多个层。此时，使位于光纤15内侧的层的折射率高于位于外侧的层的折射率。

由此，能够使入射至包层153的激励光L2在内侧的层与外侧的层的界面全反射。其结果，激励光L2可以多次穿过芯151。

光纤15具有光栅区域155。光栅区域155是反射在芯151中传输的激光L1的一部分的区域。在本实施方式中，光栅区域155具有第一光栅区域155a和第二光栅区域155b。

第一光栅区域155a形成在芯151在光纤15的激励光L2的入口I附近的内部。如图3所示，第一光栅区域155a包括隔开第一间隔D1形成的多个折射率调制区域HR。折射率调制区域HR是具有与芯151的折射率不同的折射率的区域。即，在第一光栅区域155a中，交替地配置折射率相对较高的部位和相对较低的部位。

如果来自光栅区域155内的某折射率调制区域HR的反射光与来自隔开第1间隔D1配置的相邻的折射率调制区域HR的反射光在同一部位成为同相位，则这2个反射光通过干涉相互使强度增强。在光栅区域155内产生这样的反射光的强度的彼此增强，其结果，引起光反射。

如后所述，本实施方式的折射率调制区域HR是在将反应光L3照射到芯151内部的状态下，在使该反应光L3在与芯151的截面平行的方向(Y方向和Z方向)上移动的同时形成的。其结果，在以芯151的与长度方向垂直的方向上的截面面积进行比较时，本实施例的折射率调制区域HR具有芯151的截面面积的16％以上的截面面积。由此，第一光栅区域155a的各折射率调制区域HR与现有的折射率调制区域相比反射率变高。

其结果，即使第一光栅区域155a的长度比以往的光栅区域(光纤布拉格光栅)短，也能够较强地反射特定波长的激光L1。

具有上述结构的第一光栅区域155a能够使在芯151中向入口I方向传输来的激光L1中的满足折射率调制区域HR的布拉格反射条件的特定波长的激光L1的一部分朝向出口O更强地反射。即，在第一光栅区域155a中能够尤其地较强地反射的激光L1具有2*n*d1(n：芯151的折射率，d1：第1间隔D1的大小)的式子所表示的波长。

第二光栅区域155b形成在芯151在光纤15的激光L1的出口O附近的内部。即，第二光栅区域155b从第一光栅区域155a起沿芯151的长度方向隔开第二间隔D2而形成。如图3所示，第二光栅区域155b与第一光栅区域155a同样，包括隔开第一间隔D1形成的多个折射率调制区域HR。

因此，第二光栅区域155b能够以与第一光栅区域155a中的反射原理相同的原理，将在芯151中向出口O方向传输来的激光L1中的由第一间隔D1决定的波长的激光L1的一部分向芯151的入口I反射。在向出口O方向传输来的激光L1中，通过了第二光栅区域155b的激光L1从出口O输出。

另外，为了从出口O输出更多的激光L1，优选第二光栅区域155b中的激光L1的反射率比第一光栅区域155a中的反射率小。具体而言，优选第二光栅区域155b的形成长度比第一光栅区域155a的形成长度短。

光纤15的芯151如上所述，通过在激励光L2的入口I侧具有第一光栅区域155a，在激光L1的出口O侧具有第二光栅区域155b，可以在第一光栅区域155a和第二光栅区域155b之间使具有特定波长的激光L1放大。即，不用在光纤15的任一端部配置反射镜等，就能够在芯151内实现激光L1的激光振荡。

另外，由于不需要为了实现足够强度的激光振荡而在光纤15的端部附近配置反射镜等，因此具备本实施方式的光纤15的激光振荡器1能够减少损耗。其结果，能够高效地输出更高强度的激光L1。

(4)光纤的制造方法

(4-1)折射率调制区域的形成装置

以下，对本实施方式所涉及的光纤15的制造方法(折射率调制区域HR的形成方法)进行说明。首先，使用图4说明在本实施方式的光纤15中形成折射率调制区域HR的形成装置200(制造装置的一例)的结构。图4是表示折射率调制区域的形成装置的图。

形成装置200具备反应光源201。反应光源201是输出反应光L3的光源。反应光L3在芯151的被该反应光L3照射的部位引起化学反应，使该部位的折射率与芯151的折射率不同。作为反应光源201，例如使用飞秒的短脉冲激光(脉冲宽度：400fs(飞秒)，波长：515nm)作为反应光L3。另外，反应光L3的输出强度例如在0.01μJ～1μJ的范围内调整。反应光L3的输出强度根据形成折射率调制区域HR的光纤15的种类等适当调整。

通过使用上述的反应光L3，在本实施方式中，能够形成具有比芯151的折射率高的折射率的折射率调制区域HR。

形成装置200具备移动台203。如图4所示，移动台203在其上部载置形成折射率调制区域HR的光纤15。移动台203能够在平面内(X-Y平面内)沿X轴方向(在图4中为光纤15的长度方向)和/或Y轴方向(在图4中为在X-Y平面内与光纤15的长度方向垂直的方向)移动。另外，移动台203也能够在与X-Y平面垂直的Z轴方向上移动。

为了在光纤15的芯151内部的正确位置形成折射率调制区域HR，移动台203在X轴方向/Y轴方向和/或Z轴方向上高精度地移动。作为这样的移动台203，例如可以使用将压电元件等作为驱动源的移动台(载物台)。

形成装置200具备物镜205。物镜205是将经由光路变更部件207(例如棱镜)而从反应光源201传输来的反应光L3的聚焦在芯151内的透镜。通过物镜205将焦点在芯151内部聚焦的反应光L3具有如下强度，该强度足以促使在该焦点的附近使芯151的折射率不同的化学反应发生。即，在芯151内部的被反应光L3聚焦的附近的微小区域中，发生使芯151的折射率不同的反应。

在其他实施方式中，物镜205也可以在图4的Z轴方向上移动。在该情况下，也可以代替使移动台203能够在Z轴方向上移动的方式，而仅使物镜205能够在Z轴方向上移动，也可以使移动台203和物镜205双方都能够在Z轴方向上移动。

通过使移动台203和/或物镜205能够在Z轴方向上移动，物镜205能够在芯151内部将反应光L3的焦点聚焦在图4的Z轴方向的任意位置上。其结果，能够使芯151内部的Z轴方向的任意位置的折射率不同。

在上述情况下，与移动台203同样，优选物镜205也在载置于移动台203的光纤15的芯151内部的任意位置上高精度地聚焦反应光L3的焦点。因此，物镜205的Z轴方向上的移动也优选例如将压电元件作为驱动源。

另外，形成装置200在光路变更部件207的上部具备未图示的照相机。通过该照相机，能够经由物镜205观察由反应光L3形成的加工痕迹。其结果是，能够向芯151的恰当的位置照射反应光L3。

形成装置200具备控制上述反应光源201、移动台203及物镜205的控制部209。控制部209例如由具备CPU、RAM、ROM、存储装置(SSD、硬盘等)、和各种接口的计算机系统、反应光源201的控制器以及移动台203的控制器构成。

另外，反应光源201的控制器及移动台203的控制器也可以通过在控制部209的计算机系统中执行程序(该程序存储在计算机系统的存储装置中)来进行控制。

另外，形成装置200具备从光纤15的一侧向芯151导入白色光的白色光源(未图示)。通过将白色光导入芯151，可以观察光纤15的反射或透射光谱。其结果，在利用形成装置200进行制造的过程中，能够确认所形成的光栅区域155的品质，能够缩短制造时间并且能够使光栅区域155的品质稳定化。

另外，在其他实施方式中，也可以通过测定因向包层153导入激励光L2而产生的激光振荡输出，进行所形成的光栅区域155的评价。

具体而言，通过在形成装置200中导入后述的评价装置300，能够执行使用了激励光L2的光栅区域155的评价。

通过具有上述的结构，本实施方式的形成装置200能够通过移动台203和/或物镜205使反应光L3的焦点位置移动，使光纤15的芯151内部的任意位置的折射率不同。其结果，能够在芯151内部形成任意形态的折射率调制区域HR。

(4-2)折射率调制区域的形成方法

以下，使用图5说明本实施方式的折射率调制区域HR的形成方法。图5是表示折射率调制区域的形成方法的流程图。以下，以通过上述形成装置200执行本实施方式的折射率调制区域HR的形成方法的情况为例进行说明。

首先，将形成折射率调制区域HR的光纤15载置在形成装置200的移动台203上。在将光纤15载置在移动台203上后，通过使移动台203移动，调整光纤15在X-Y平面上的位置，以使反应光L3到达芯151内部的规定位置(光栅区域155内的规定位置)。

另外，调整物镜205在Z轴方向上的位置，以使反应光L3的焦点聚焦在芯151内部。

接着，从反应光源201产生反应光L3，将该反应光L3照射到芯151内部(步骤S1)。由此，如图6A所示，在反应光L3的焦点位置附近、即芯151的被照射了规定量以上的光量的反应光L3的部分发生化学反应，芯151的该焦点位置附近的折射率变得与芯151的其他区域的折射率不同(在本实施方式中，折射率比芯151的其他区域高)。图6A是示出形成在一个焦点位置附近的折射率调制区域的示例的图。这样，在反应光L3的焦点位置附近形成了小的折射率调制区域HR。

然而，如图6A所示，形成在一个焦点位置附近的折射率调制区域HR仅占据了芯151的与长度方向垂直的面的截面面积的微小的面积。

即使激光L1传输到形成有这样的截面面积较小的折射率调制区域HR的部分，该激光L1在该折射率调制区域HR也几乎不会被反射。

因此，在本实施方式中，在芯151内部形成相对于芯151的与长度方向垂直的面的截面面积占据更大面积的折射率调制区域HR。具体而言，在向芯151内部照射了反应光L3的状态下，使该反应光L3在与芯151的长度方向垂直的方向上移动(在本实施方式中，在Y-Z平面内移动)而形成折射率调制区域HR(步骤S2)。

具体而言，在以规定的间隔产生反应光L3的短脉冲并照射到芯151内部的同时，通过移动台203使光纤15在Y轴方向上以规定的速度移动。

调整反应光L3的短脉冲的产生间隔以及光纤15的移动速度，使得1个脉冲的反应光L3的照射区域的一部分与另1个脉冲的反应光L3的照射区域的一部分重复。

由此，随着光纤15的移动，能够增大在芯151内部形成的折射率调制区域HR的面积。例如，当使反应光L3从芯151的Y轴方向的一端向另一端移动时，如图6B所示，能够形成具有在Y轴方向上较长的长方形的折射率调制区域HR。图6B是表示使反应光沿一个方向移动时形成的折射率调制区域的一例的图。

另外，通过在以规定的间隔产生反应光L3的短脉冲并照射到芯151内部的同时，使反应光L3的焦点位置以规定的速度在Z轴方向上移动，如图6C所示，能够形成在Z轴方向上较长的折射率调制区域HR。另外，图6C所示的折射率调制区域HR通过使反应光L3的焦点位置从芯151的Z轴方向的一端向另一端移动而形成。图6C是表示使反应光沿一个方向移动时形成的折射率调制区域的另一例的图。

此外，可以对反应光L3的焦点位置在Y轴方向上的移动和反应光L3的焦点位置在Z轴方向上的移动进行组合。例如，如图6D所示，反复进行如下动作：在使反应光L3的焦点位置在Y轴方向上从芯体151的一端朝向另一端移动后，使反应光L3的焦点位置在Z轴方向上稍微移动，然后使反应光L3向与最初的Y轴方向的移动相反的方向从芯体151的另一端向一端移动。由此，如图6D所示，能够形成在芯151的截面中占据较大面积的平面状的折射率调制区域HR。图6D是表示使反应光沿两个方向移动时形成的折射率调制区域的一例的图。

另外，反应光L3的Z轴方向的移动方向被设为，使得聚光的反应光L3不会向已经形成了折射率调制区域HR的部位照射的方向。在本实施例中，反应光L3的焦点位置在Z轴方向上的移动方向是反应光源201的安装方向(图6D中的向上方向)。由此，能够避免聚光后的反应光L3再次照射到已经形成的折射率调制区域HR。

如上所述，通过组合反应光L3在Y轴方向上的移动和反应光L3在Z轴方向上的移动，可以进一步调节反应光L3在Y轴方向上的移动范围和反应光L3在Z轴方向上的移动范围。由此，在芯151的截面中，能够形成具有任意的截面形状和截面面积的折射率调制区域HR。

如上所述，在芯151内部使反应光L3的焦点位置移动而形成一个折射率调制区域HR后，进一步判断是否继续形成折射率调制区域HR。在本实施方式中，是否继续折射率调制区域HR的形成，是由折射率调制区域HR的形成数量是否达到预先规定的数量来决定的。

在其他实施方式中，也可以将由形成有光栅区域155的光纤15产生的激光振荡输出的大小作为是否继续形成折射率调制区域HR的判断基准。

并且，在其他实施方式中，也可以将光栅区域155的反射光谱作为是否继续形成折射率调制区域HR的判断基准。例如，也可以将由光栅区域155反射的具有特定波长的光的强度是否成为期望的大小作为是否继续形成折射率调制区域HR的判断基准。此外，也可以将该光的光谱形状(该光的峰值波长、光谱的半值宽度、有无旁瓣等)作为判断基准。

基于上述判断基准，在决定不再继续形成折射率调制区域HR的情况下(步骤S3中为“否”的情况)，结束折射率调制区域HR的形成处理。

另一方面，在决定继续形成折射率调制区域HR的情况下(步骤S3中为“是”的情况)，在停止反应光L3的照射后(步骤S4)，通过移动台203使光纤15沿长度方向(X轴方向)移动第1间隔D1的量(步骤S5)。

在将光纤15沿长度方向移动第1间隔D1的量后，在该长度方向的位置执行上述步骤S1～S3，形成折射率调制区域HR。

通过反复执行上述的步骤S1～S5，在光栅区域155中，能够以相互邻接的折射率调制区域HR的间隔空出第一间隔D1的量的方式形成多个折射率调制区域HR。

以下，对通过由形成装置200执行上述步骤S1～S5而实际形成的光栅区域155进行说明。首先，描述光栅区域155的形成条件。

作为形成光栅区域155的光纤15，使用在芯151中掺杂了铒的ZBLAN玻璃制光纤(芯151的直径：28μm)。

折射率调制区域HR使用脉冲宽度为400fs、波长为515nm的反应光L3形成。一边确认反应光L3的照射痕迹，一边将反应光L3的强度调整为5μJ附近。

另外，将反应光L3在光纤15的长度方向上的移动距离，即相互邻接的折射率调制区域HR的间隔(第1间隔D1)设为970nm。

另外，作为反应光L3在芯151的与长度方向垂直的方向(Y-Z平面)的截面上的扫描范围，选择了以芯151的中心为中心的10μm×10μm的范围(作为实施例1)，28μm×28μm的范围(作为实施例2)。此外，作为比较例，在不进行反应光L3的扫描的情况下形成折射率调制区域HR。

接着，在图7A～图7C示出了在上述条件下形成折射率调制区域HR时的，形成于光纤15上的光栅区域155的光学显微镜像。图7A是在实施例1中形成的光栅区域的光学显微镜像。图7B是在实施例2中形成的光栅区域的光学显微镜像。图7C是在比较例中形成的光栅区域的光学显微镜像。

如这些图所示，可知反应光L3的扫描范围与所形成的折射率调制区域HR的尺寸是相对应的。另外，比较例中的折射率调制区域HR的尺寸约为0.7μm×2μm。

这样，通过在形成折射率调制区域HR时在与芯151的截面平行的方向上扫描反应光L3，能够形成截面面积较大的折射率调制区域HR。另外，通过适当地调整反应光L3的扫描范围，能够形成具有任意的截面面积的折射率调制区域HR。

(5)光纤的评价

(5-1)评价装置

在本实施方式中，在利用形成装置200在光纤15形成光栅区域155的过程中，进行了光纤15作为激光介质和谐振器的评价。以下，对光纤15的评价实验及评价结果进行说明。

首先，使用图8说明用于评价本实施方式的光纤15的评价装置300。图8是表示评价装置的结构的图。

图8所示的本实施方式的评价装置300组装在使用图4说明的形成装置200中。该评价装置300在形成装置200中形成光栅区域155的同时将激励光L2入射到包层153，通过测定由光栅区域155反射的反射光L1'的强度，能够评价作为激光振荡介质的光纤15的性能。

具体地说，评价装置300具备激励光源301。激励光源301输出激励光L2。作为激励光源301，例如可以使用与在激光振荡器1中使用的激励光源11相同的光源。

评价装置300具备激励光波导光纤303。激励光波导光纤303是将从激励光源301输出的激励光L2向导入部305引导的光纤。导入部305配置在光纤15的与形成有光栅区域155的一端为相反侧的另一端附近，将激励光L2从该另一端导入包层153。

如图8所示，导入部305具有反射镜305a。反射镜305a将由光栅区域155反射的反射光L1'引导至后述的光测定部307。如图8所示，反射镜305a配置在激励光L2的光路上。反射镜305a是使激励光L2透过并反射激光振荡输出的反射镜。具体而言，例如可以使用半透半反镜，二向色镜等作为反射镜305a。

评价装置300具备光测定部307。光测定部307测定被光栅区域155反射并被反射镜305a引导的反射光L1'的强度。作为光测定部307，例如可以使用光电二极管等能够测定光强度的传感器、集热式功率计。

(5-2)评价结果

以下，对具有使用本实施方式的折射率调制区域HR的形成方法制作出的光栅区域155的光纤15的评价结果进行说明。

在本实施方式中，使用光栅区域155的形成长度与反射光L1'的强度之间的关系，和激励光L2的强度与反射光L1'的强度之间的关系，对具有光栅区域155的光纤15进行了评价。

首先，在图9中示出了光栅区域155的长度与反射光L1'(波长：2.8μm)的强度之间的关系。

图9所示的评价结果是通过一边利用形成装置200形成上述实施例1，实施例2及比较例所示的折射率调制区域HR，一边使激励光L2入射到包层153，利用光测定部307测定由所形成的光栅区域155反射的反射光L1'而得到的。

如图9所示，在比较例中，除非光栅区域155的长度在某阈值以上，否则不能获得能够由光测定部307测定出的大小的反射光L1'。

另一方面，在扫描反应光L3而形成折射率调制区域HR的实施例1及2中，即使光栅区域155的长度小于上述阈值，光测定部307也测定到了反射光L1'。

上述结果表示，与不通过扫描反应光L3而形成折射率调制区域HR的情况(比较例)相比，通过扫描反应光L3而形成的折射率调制区域HR(实施例1及2)具有较大的反射率。另外，即使包含通过扫描反应光L3而形成的折射率调制区域HR的光栅区域155的形成长度较短，即折射率调制区域HR的形成数量较少，也具有足够的反射率。

接着，针对上述的实施例1、实施例2以及比较例，在图10示出了对激励光L2的强度与反射光L1'的强度之间的关系进行评价的结果。

图10所示的评价结果是通过在将上述实施例1，实施例2以及比较例所示的光栅区域155形成为规定的长度后，一边使激励光L2的强度变化一边测定反射光L1'的强度而得到的。为了获得有效的测定结果，比较例1中的光栅区域155的形成长度比实施例1和2中的光栅区域155的形成长度长。

图10所示的图像的斜率表示作为输出的反射光L1'的强度(的差分)相对于输入到光纤15的激励光L2的强度(的差分)的斜率，因此与将光纤15用作激光介质和谐振器时的激光效率(也称为斜率效率)对应。

根据图10所示的评价结果计算出的实施例1，实施例2以及比较例的光纤15的激光效率(斜率效率)分别为12％、16％以及1.5％。

上述结果表示，通过使反应光L3沿芯151的截面方向扫描而形成折射率调制区域HR，与以往的形成方法相比，能够将激光效率改善10倍左右。即，示出了如下情况：具有包含通过扫描反应光L3而形成的折射率调制区域HR的光栅区域155的光纤15作为激光介质是优异的。

(5-3)评价结果的总结

(5-3-1)本实施方式的制造方法的观点的优点

根据上述评价结果，本实施方式的折射率调制区域HR的形成方法与以往的方法相比，具有以下优点。

首先，通过减少折射率调制区域HR的形成数量，可以缩短具有光栅区域155的光纤15的制造时间。这是因为，若对使反应光L3在芯151的截面内进行扫描的时间和使反应光L3在光纤15的长度方向上移动第1间隔D1的时间进行比较，则前者的时间要短得多。

即，为了得到充分的反射率，不使用增加使反应光L3沿着光纤15的长度方向移动的移动次数的方式，而是通过使反应光L3在芯151的截面内扫描而增大一个折射率调制区域HR的折射率，从而减少了使反应光L3沿着长度方向移动的次数，可以缩短具有光栅区域155的光纤15的制造时间。

此外，由于可以缩短光栅区域155的形成长度，因此可以形成质量稳定的光栅区域155。这是因为，如果光栅区域155的形成长度变长，则会受到光纤15的构造的变形(扭曲、芯151的位置的偏移等)的影响，光栅区域155的特性有时会因长度方向上的位置而不同。

而且，与现有的方法相比，使反应光L3沿着芯151的剖面方向进行扫描而形成折射率调制区域HR的方法可以避免相邻的折射率调制区域HR彼此在芯151的长度方向上重叠，并且能够在不对光纤15造成较大的损伤的情况下形成具有较大截面面积的折射率调制区域HR。

在现有的方法中，例如能够通过增大反应光L3的强度来增大折射率调制区域HR的截面面积。但是，若增大反应光L3的强度，则折射率调制区域HR在光纤15的长度方向上也变大。因此，在增大反应光L3的强度而将相邻的折射率调制区域HR的间隔减小到1μm左右时，则相邻的折射率调制区域HR有时在芯151的长度方向上彼此会发生重叠。

另外，如果向光纤15照射过强的反应光L3，则有时会对光纤15产生较大的损伤。

这样，从需要避免相邻的折射率调制区域HR彼此重叠的观点和不对光纤15造成大的损伤的观点出发，利用不使反应光L3扫描的以往的方法所能够形成的折射率调制区域HR的截面面积的大小是有限的。

另一方面，通过扫描反应光L3形成折射率调制区域HR的方法，可以在不增加反应光L3的强度的情况下形成具有较大截面面积的折射率调制区域HR。因此，即使使反应光L3沿芯151的截面方向扫描而增大折射率调制区域HR的截面面积，相邻的折射率调制区域HR彼此也不会在芯151的长度方向上重叠。此外，由于不需要增大反应光L3的强度，所以不会对光纤15造成大的损伤，能够形成具有较大的截面面积的折射率调制区域HR。

如果考虑根据反应光L3的能够向光纤15照射的强度等计算出的反应光L3的照射痕迹的大小的极限值，只要使反应光L3扫描2μm以上，就能够形成具有比基于现有方法形成的折射率调制区域HR大的反射率的折射率调制区域HR。

另外，通过扫描反应光L3而形成折射率调制区域HR的本实施方式的方法尤其有利于在芯151的直径为3μm以上的光纤15形成光栅区域155(光纤光栅)的情况。

(5-3-2)本实施例的优点

另外，由于通过使反应光L3进行扫描而形成的折射率调制区域HR具有较大的反射率，因此从光纤15的应用方面的观点来看，具有以下的优点。

首先，折射率调制区域HR的截面面积相对于芯151的截面面积的比例越大，那么所测定的反射光L1'越有变大的倾向。从形成具有足够高的反射率的光栅区域155的观点来看，折射率调制区域HR的截面面积与核心151的截面面积的比率可以至少为16％或更大。

从增大反射率并进一步提高激光效率的观点出发，折射率调制区域HR的截面面积相对于芯151的截面面积的比例优选为20％以上，更优选为50％以上，最优选为100％。

另外，通过使反应光L3沿芯151的截面方向扫描而形成折射率调制区域HR，能够以折射率调制区域HR为单位高精度地控制折射率。其结果，第1实施方式的折射率调制区域HR的形成方法能够实现具有各种特性的光栅区域155。

通过在光栅区域155内控制折射率调制区域HR的折射率，例如能够减少在光纤光栅内产生的激光的旁瓣，减小激光的光谱宽度。进而，能够抑制旁峰的产生。即，能够输出方向性强且频谱特性优良的理想的激光。

进而，通过使反应光L3沿芯151的截面方向扫描，可以形成反射率较大的折射率调制区域HR，本实施方式的光纤布拉格光栅也可以用于激光振荡的介质以外的用途。更具体地，例如，应用于光纤传感器和光纤脉冲压缩。

另外，通过在光纤15的长度方向上阶段性地变更相互邻接的折射率调制区域HR的第1间隔D1，能够形成可应用于脉冲展宽、光纤脉冲压缩的光栅区域155。

2.实施方式的共同事项

上述第1实施方式在下述的结构和功能上是共通的。

激光振荡器1(激光振荡器的示例)包括激励光源11(激励光源的示例)、光纤15(光纤的示例)、和光栅区域155(光栅区域的示例)。激励光源11输出激励光L2(激励光的示例)。光纤15具有使通过激励光L2产生的激光L1(激光的一例)沿长度方向传输并从出口O(出口的一例)输出的芯151(芯的一例)。光栅区域155是如下区域，在该区域中，多个折射率调制区域HR(折射率调制区域的一例)在芯151的长度方向上隔开第一间隔D1(第一间隔的一例)而形成。折射率调制区域HR具有与芯151不同的折射率。

在激光振荡器(1)中，与芯151的长度方向垂直的方向上的折射率调制区域HR的截面面积是芯151的与长度方向垂直的方向上的截面面积的16％以上。

在激光振荡器1中，形成在芯151的内部的光栅区域155中的折射率调制区域HR的截面面积为芯151的截面面积的16％以上。由此，即使光栅区域155的折射率调制区域HR的形成数量较少，相对于激励光L2产生的激光L1也具有较高的反射率。

其结果，在激光振荡器1中，能够针对由第1间隔D1决定的特定波长的激光L1实现较强的激光振荡。即，激光振荡器1能够固定为特定的波长而进行激光振荡，能够输出强度较大的激光L1。

3.其他实施方式

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种变更。特别地，本说明书中的多个实施方式和变形例可以根据需要任意组合。

例如，光纤15的材料和彼此相邻的折射率调制区域HR之间的第一间隔D1可以根据希望从激光振荡器1输出的激光束L1的波长适当地改变。另外，可以根据光纤15的材料的光学特性等，适当变更折射率调制区域HR的形成条件(例如，反应光L3的波长，照射时间，强度等)。

(A)在上述第一实施方式中，当形成折射率调制区域HR时，通过移动台203和物镜205的移动而实现了反应光L3的焦点位置的移动。但是，不限于此，通过使输出反应光L3的反应光源201相对于光纤15移动，也能够实现反应光L3的焦点位置的移动。

(B)通过扫描反应光L3而形成折射率调制区域HR的方法例如只要能够通过反应光L3激发折射率调制即可，也可以应用于氟化物光纤以外的光纤。例如不限于光纤，也可以应用于各种光波导。

产业上的可利用性

本发明能够广泛应用于将光纤作为激光介质的激光振荡器。

标号说明

100：激光加工装置；

W：工件；

1：激光振荡器；

11：光源；

13：光导入部；

131：激励光波导光纤；

133：导入透镜

15：光纤；

151：芯；

I：入口；

O：出口；

153：包层；

155：光栅区域；

155a：第一光栅区域；

155b：第二光栅区域；

D1：第1间隔；

D2：第2间隔；

HR：折射率调制区域；

17：准直器；

3：工件载置台；

200：形成装置；

201：反应光源；

203：移动台；

205：物镜；

207：光路变更部件；

209：控制部；

300：评价装置；

301：激励光源；

303：激励光波导光纤；

305：导入部；

305a：反射镜；

307：光测定部

L1：激光；

L1'：反射光；

L2：激励光；

L3：反应光。

Claims (12)

1.一种激光振荡器，具有：

激励光源，其输出激励光；

光纤，其具有芯，该芯使通过所述激励光而产生的激光沿长度方向传输并从出口输出；以及

光栅区域，在该光栅区域中，在所述芯的长度方向上隔开第一间隔而形成有具有与所述芯的折射率不同的折射率的多个折射率调制区域，

所述折射率调制区域的与所述长度方向垂直的方向上的截面面积是所述芯的与所述长度方向垂直的方向上的截面面积的16％以上。

2.根据权利要求1所述的激光振荡器，其中，

所述光栅区域具有第一光栅区域和从所述第一光栅区域沿所述芯的长度方向隔开第二间隔而形成的第二光栅区域。

3.根据权利要求2所述的激光振荡器，其中，

所述第一光栅区域和所述第二光栅区域中的任意一方的所述长度方向上的形成长度比另一方的形成长度短。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的激光振荡器，其中，

所述光纤是掺杂了稀土类元素的氟化物光纤。

5.根据权利要求4所述的激光振荡器，其中，

所述稀土类元素是铒。

6.一种激光加工装置，其中，

将从权利要求1至5中的任意一项所述的激光振荡器输出的激光照射至工件而进行加工。

7.一种光纤，具有：

芯；以及

光栅区域，在该光栅区域中，在所述芯的长度方向上隔开第一间隔而形成有具有与所述芯的折射率不同的折射率的多个折射率调制区域，

所述折射率调制区域的与所述长度方向垂直的方向上的截面面积是所述芯的与所述长度方向垂直的方向上的截面面积的16％以上。

8.如权利要求7所述的光纤，其中，

所述光栅区域具有第一光栅区域和从所述第一光栅区域沿所述芯的长度方向隔开第二间隔而形成的第二光栅区域。

9.一种光纤的制造方法，该光纤具有光栅区域，在该光栅区域中，在所述芯的长度方向上隔开第一间隔而形成有具有与所述芯的折射率不同的折射率的多个折射率调制区域，其中，该光纤的制造方法包含如下步骤：

向所述芯的内部照射使所述芯的折射率发生变化的反应光；以及

在向所述芯的内部照射了所述反应光的状态下，使所述反应光沿与所述芯的长度方向垂直的方向移动而形成所述折射率调制区域。

10.一种制造装置，它是光纤的制造装置，该光纤具备光栅区域，在该光栅区域中，在所述芯的长度方向上隔开第一间隔而形成有具有与所述芯的折射率不同的折射率的多个折射率调制区域，

其中，该制造装置具有：

反应光源，其向所述芯的内部照射使所述芯的折射率发生变化的反应光；以及

移动台，在向所述芯的内部照射了所述反应光的状态下，该移动台使所述反应光沿与所述芯的长度方向垂直的方向移动。

11.根据权利要求10所述的制造装置，其中，

该制造装置还具有将所述反应光的焦点聚焦于所述芯的内部的透镜。

12.根据权利要求10或11所述的制造装置，其中，

该制造装置还具备评价装置，该评价装置基于朝向所述光栅区域入射的激励光被所述光栅区域反射而产生的反射光的强度，对正在形成所述光栅区域的所述光纤进行评价。

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