DE102019203615B4 - Faserlasereinrichtung - Google Patents

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Abstract

Faserlasereinrichtung (16), die einen Faserlaser-Oszillator (17) beinhaltet, der durch Laserlicht aus zumindest einem Laserdiodenmodul (22) angeregt wird, um so Laser-Oszillation durchzuführen, wobei die Faserlasereinrichtung umfasst:eine schleifenförmige Optikfaser (1), die gebildet ist mit: einem Kombinierer (2) und einer Optikfaser (7) zum Verbinden von beiden Enden,wobei der Kombinierer (2) zumindest zwei Eingangsseiten-Optikfasern (3) und eine Ausgangsseiten-Optikfaser (4) aufweist, wobei die beiden Eingangsseiten-Optikfasern (3) jeweils Eingangsenden (5) beinhalten, die mit der Ausgangsseiten-Optikfaser (4) im Kombinierer (2) verbunden sind, wobei die Ausgangsseiten-Optikfaser (4) ein Ausgangsende (6) beinhaltet, wobei die Optikfaser (7) das Ausgangsende (6) der Ausgangsseiten-Optikfaser (4) des Kombinierers (2) mit dem Eingangsende (5) einer der Eingangsseiten-Optikfasern (3) des Kombinierers (2) verbindet,wobei die Optikfaser (7) ein Lichtleckage-Mittel beinhaltet, das so konfiguriert ist, dass eine numerische Apertur, und/oder ein Kerndurchmesser und/oder ein Modusfelddurchmesser der Optikfaser (7) graduell von einer Seite, die mit dem Ausgangsende (6) der Ausgangsseiten-Optikfaser (4) verbunden ist, zu einer Seite, die mit dem Eingangsende (5) der Eingangsseiten-Optikfaser (3) verbunden ist, abnimmt.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Faserlasereinrichtung. Spezifischer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Hochleistungs-Faserlasereinrichtung, die Bearbeitung, wie etwa Schneiden, Schweißen oder dergleichen an einem zu bearbeitenden Ziel durchführt, und die eine Struktur aufweist, wo sich Rückkehrlicht, welches in einer Richtung entgegengesetzt zum Ausgabe-Laserlicht innerhalb einer optischen Faser ausbreitet, in Wärme ohne Re-Reflektion und lokale Wärmeerzeugung, die involviert ist, umgewandelt wird, um so vollständig eliminiert zu werden und/oder eine Anregungsstruktur, wo Anregungslicht, um einen Faserlaser-Oszillator dazu zu bringen, zu oszillieren, gleichförmig durch den Kern einer Signallicht-Optikfaser absorbiert wird, so dass Wärmeerzeugung in einer Amplifikationsoptikfaser im Wesentlichen gleichförmig ist.
  • Stand der Technik
  • Konventioneller Weise werden in einer Faserlasereinrichtung Verfahren angenommen, in denen beispielsweise in einer Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit einer Optikfaser so aufgespleißt ist, dass ihre Achse versetzt ist, und in welcher somit durch die Optikfaser in einer Richtung entgegengesetzt zum Ausgabe-Laserlicht, wie etwa reflektiertes Licht aus einem zu bearbeitendem Ziel oder dergleichen, das einen Faserlaser-Oszillator oder dergleichen beschädigen kann, oder Stokes-Licht (Streulicht), das durch nicht-lineare induzierte Zerstreuung, wie etwa simulierte Raman-Streuung (SRS) verursacht wird, welche die Laserabgabe der Faserlasereinrichtung beschränkt, propagiert, in Wärme durch einen Verlust am Spleiß-Ort umgewandelt wird. Jedoch gibt es bezüglich dieses Verfahrens Probleme, wie etwa lokalen Anstieg der Temperatur des Spleiß aufgrund davon, dass Rückkehrlicht lokal am Spleiß verloren geht, der Notwendigkeit, mehrere Spleiße bereitzustellen, der Möglichkeit von Temperaturanstieg bei spezifischen Spleißen aufgrund der Schwierigkeit der Steuerung von Wärmeerzeugung an individuellen Spleißen auf dasselbe Niveau und der Möglichkeit, dass Rückkehrlicht von einem Ende der Optikfaser innerhalb der Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit reflektiert wird, so dass es zur Faserlasereinrichtung zurückkehrt.
  • Andererseits tritt in der Anregungsstruktur des Faserlaser-Oszillators, wenn die Amplifikations-Optikfaser so verlängert wird, dass das Anregungslicht (Pumplicht) ausreichend im Kern der Signallicht-Optikfaser des Faserlaser-Oszillators absorbiert wird, der mit einem Element seltener Erden, wie etwa Yb dotiert ist, nicht-lineares induziertes Streuen wie etwa SRS auf, was Stokes-Licht vergrößert und die Laserlichtausgabe sättigt, wodurch eine HochleistungsBetriebsgrenze erreicht wird. Falls die Amplifikations-Optikfaser verkürzt wird, wird das Auftreten nicht-linearen induzierten Streuens, wie etwa SRS, reduziert, aber wird das Anregungslicht nicht ausreichend im Kern der Signallicht-Optikfaser absorbiert und somit wird die Rate der Absorption des Anregungslichts gesenkt, wodurch die Effizienz von Laserlichtemission gesenkt wird. Weiter, falls die Amplifikations-Optikfaser übermäßig verkürzt wird, wird die Wärmeerzeugungsrate pro Einheitslänge, die der Absorption des Anregungslichts im Kern der Signallicht-Optikfaser folgt, vergrößert, und wird die Betriebsgrenze nachteilhafter Weise aufgrund eines Anstiegs bei der Temperatur erreicht. Daher ist es notwendig, die Menge an Anregungslicht, die in den Kern der Signallicht-Optikfaser absorbiert wird, dazu zu bringen, dass sie in Längenrichtung der Optikfaser soweit als möglich gleichförmig ist, wodurch die Temperatur der Amplifikations-Optikfaser gleichförmig gehalten wird.
  • Es werden Strukturen vorgeschlagen, in welchen Anregungslicht so zirkuliert wird, dass das Anregungslicht effektiv eingesetzt werden kann, selbst wenn die Amplifikations-Optikfaser kurz ist, aber da das Anregungslicht nicht unter Verwendung von Optikfasern zirkuliert wird, geht die Flexibilität, die ein Vorteil von Optikfasern ist, verloren, oder involviert die Struktur den Verlust dahingehend, dass das Anregungslicht nicht für die Anregung während der Zirkulation eingesetzt wird. Als solche ist eine Struktur, die im Hinblick auf Herstell-Technologie und dergleichen praktisch ist, nicht vorgeschlagen worden. Weiter ist konventioneller Weise eine Anregungsstruktur, in der Steuerung so durchgeführt wird, dass die Menge an Anregungslicht, die im Kern der Signallicht-Optikfaser absorbiert wird, in der Längenrichtung der Optikfaser gleichförmig gemacht wird, nicht vorgeschlagen worden.
  • In der Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit der konventionellen Faserlasereinrichtung werden Verfahren wie etwa das Umwandeln von Rückkehrlicht in Wärme unter Verwendung des Verlustes am Spleiß durch Spleißen der Optikfaser, so dass ihre Achse versetzt ist, verwendet. Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 eine Optikfaser-Lasereinrichtung, die eine Amplifikations-Optikfaser als ein Amplifikations-Medium in einem Laser-Oszillator verwendet, um so Laserlicht zu erzeugen. Die oben beschriebene Optikfaser-Lasereinrichtung beinhaltet: eine Ausgabe-Optikfaser, welche das Laserlicht nach außen emittiert; eine Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit, die eine Abschwächungsverarbeitung an Rückkehrlicht, welches sich durch die Ausgabe-Optikfaser in einer Richtung entgegengesetzt zum Laserlicht ausbreitet, durchführt; ein Wärmeumwandlungsmittel, welches in der Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit vorgesehen ist und das Rückkehrlicht in Wärme umwandelt; ein Temperatur-Überwachungsmittel, welches einen Anstieg bei der Temperatur der Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit misst, der durch die Wärmeerzeugung des Wärmeumwandlungsmittel verursacht wird; und eine Steuereinheit, die die Ausgabe des Laserlichtes senkt oder stoppt, wenn die mit dem Temperatur-Überwachungsmittel gemessene Temperatur einen vorbestimmten Schwellenwert oder höher erreicht. Patentdokument 1 offenbart auch eine Optikfaser-Lasereinrichtung, in welcher das Wärmeumwandlungsmittel die Optikfaser in der Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit so aufspleißt, dass ihre Achse versetzt ist. In der oben beschriebenen Optikfaser-Lasereinrichtung, da das Rückkehrlicht durch einen Verlust an einem Achsenversatz-Spleiß abgeschwächt wird, so dass es in Wärme umgewandelt wird, wie zuvor beschrieben, kann die Temperatur des Achsenversatz-Spleißes lokal ansteigen, was die Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit beschädigt. Da die Größe des Verlusts an dem Achsenversatz-Spleiß sich abhängig von einer kleinen Differenz beim Grad des Achsenversatzes unterscheidet, ist es schwierig, die Menge an Abschwächung zu steuern. Daher ist es bei der oben beschriebenen Optikfaser-Lasereinrichtung notwendig, eine Vielzahl von Achsenversatz-Spleiß in der Optikfaser in Reihe bereitzustellen, um das Rückkehrlicht ausreichend abzuschwächen, was zu einem Problem führt, dass hohe Herstellkosten benötigt werden.
  • Patentdokument 1 offenbart weiter eine Optikfaser-Lasereinrichtung, bei der das mit der bestrahlten Oberfläche eines thermischen Leiters gebildete Wärmeumwandlungsmittel, auf welche das aus einem Ende der in der Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit vorgesehenen Optikfaser emittierte Rückkehrlicht aufgebracht wird, was suggeriert, dass das Rückkehrlicht alleine durch das Achsenversetzungs-Spleißen nicht ausreichend abgeschwächt wird, um so das Ende der Optikfaser, die in der Licht-Abschwächungseinheit vorgesehen ist, zu erreichen. Daher gibt Patentdokument 1 an, dass das, das Ende der in der Licht-Abschwächungseinheit bereitgestellten Optikfaser erreichende Rückkehrlicht von dem Ende der Optikfaser re-reflektiert werden kann, um so zur Faserlasereinrichtung rückgeführt zu werden. Wie oben beschrieben, ist die Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit, die in Patentdokument 1 offenbart ist, nicht eine Struktur, in der das Rückkehrlicht im Wesentlichen gleichförmig über eine im Wesentlichen gesamte Länge der Optikfaser, die in der Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit vorgesehen ist, in Wärme umgewandelt werden kann, so dass das Rückkehrlicht zuverlässig daran gehindert wird, durch die Re-Reflektion rückgeführt zu werden.
  • Weiter sind konventioneller Weise in Faserlasereinrichtungen verschiedene Endpumpstrukturen und Seitenpumpstrukturen entwickelt werden, um den Kern der Signallicht-Optikfaser dazu zu bringen, das Anregungslicht effizient zu absorbieren. Jedoch ist die Realisierung von hohen Abgaben häufig aufgrund des Auftretens von optischer Nichtlinearität, einschließlich SRS, beschränkt. Das Auftreten von SRS vergrößert Stokes-Licht und die Laserlichtausgabe wird durch eine Menge entsprechend dem Anstieg beim Stokes-Licht reduziert. Um den optischen Nichtlinearitäts-Schwellenwert anzuheben, ist es effektiv, den Kerndurchmesser der Signallicht-Optikfaser zu vergrößern, um eine NA (numerische Apertur) zu senken und die effektive Länge einer nicht-linearen Interaktion zu verkürzen. Jedoch induziert die Vergrößerung des Kerndurchmessers einen Anstieg bei höherer Moduszahl, was negativ die Qualität des Ausgabe-Laserstrahls beeinträchtigt. Um die NA zu senken, ist es notwendig, die Differenz beim refraktiven Index zwischen dem Kern und einer Ummantelung zu senken, aber ist es schwierig, eine Hochqualitätsfaser mit einer niedrigen refraktiven Indexdifferenz herzustellen.
  • Darüber hinaus wird die Sensitivität gegenüber Biegelast gesenkt und Probleme wie etwa Biegeverluste der Faser wie auch Degradierung der Qualität des Strahls, die durch Moduskopplung verursacht wird, die vom Mikrobiegen herrührt, treten auf. Andererseits hängt die effektive Länge der nicht-linearen Interaktion von der Länge der Faser ab, aber mit Erhöhung der Faserlänge steigt das Stokes-Licht rapide an. Durch das Auftreten von SRS steigt das Stokes-Licht über die Gesamtlänge der Faser einschließlich nicht nur dem Inneren der Zufuhrfaser, sondern auch einer Faserlaser-Resonatoreinheit. Hinsichtlich der Zufuhrfaser, da die notwendige Länge derselben im Hinblick auf die Flexibilität des Bearbeitungs-Setups bestimmt wird, um das Auftreten von optischer Nichtlinearität zu reduzieren, wird es bevorzugt, die Amplifikations-Optikfaser nach Möglichkeit zu kürzen. Wenn jedoch die Amplifikations-Optikfaser übermäßig verkürzt wird, da die Wärmeerzeugungsrate pro Einheitslänge steigt, treten Probleme wie etwa das Erreichen der Betriebsgrenze aufgrund eines Anstiegs bei der Temperatur wie auch, dass das Anregungslicht nicht ausreichend im Kern der Signallicht-Optikfaser absorbiert wird, auf. Daher, wie zuvor beschrieben, ist es notwendig, die Menge von in dem Kern der Signallicht-Optikfaser absorbierten Anregungslichtmenge in Längenrichtung der Optikfaser soweit als möglich gleichförmig zu machen, um so die Temperatur der Amplifikations-Optikfaser gleichförmig zu halten.
  • Im Falle des zuvor beschriebenen Endpumpens beinhaltet die Amplifikations-Optikfaser einen doppelten Mantel und wenn das Anregungslicht sich durch einen inneren Mantel einer nicht rotations-symmetrischen Form ausbreitet, während es einem Modusmischen unterworfen wird, wird das Anregungslicht in Ionen seltener Erden, wie etwa Yb, absorbiert, mit welchen der Kern so dotiert ist, dass eine Anregung durchgeführt wird. Wenn das Modusmischen ideal durchgeführt wird, ist der effektive Absorptions-Koeffizient des Anregungslichts der Absorptions-Koeffizient vom Kern × (Kerndurchmesser/Verkleidungs-Durchmesser)2 und muss die Amplifikations-Optikfaser eine Länge etwa des Kehrwerts des effektiven Absorptions-Koeffizienten aufweisen. Wenn jedoch das Modusmischen innerhalb der tatsächlichen inneren Verkleidung nicht abgeschlossen ist, wird das Anregungslicht mit einer großen NA in der ersten Hälfte der Amplifikations-Optikfaser mit dem oben beschriebenen Absorptions-Koeffizienten absorbiert und breitet sich danach das Anregungslicht mit einer kleinen NA mit einem niedrigeren Absorptions-Koeffizienten als dem oben beschriebenen Absorptions-Koeffizienten aus. Daher, um das Anregungslicht ausreichend zu absorbieren, steigt die Länge der Faser unvermeidlich an. Jedoch ist der Effekt des Steigerns der Absorption des Anregungslichts durch Verlängerung der Länge der Faser beschränkt und es ist wahrscheinlich, dass das Anregungslicht nicht ausreichend im Kern absorbiert wird.
  • Wie zuvor beschrieben, um die Möglichkeit zu mindern, dass eine nicht-lineare, induzierte Zerstreuung, wie etwa SRS, auftritt, wird es bevorzugt, die Amplifikations-Optikfaser zu verkürzen. Dazu ist es notwendig, den Absorptions-Koeffizienten des Anregungslichts zu vergrößern. Um den Absorptions-Koeffizienten des Kerns zu vergrößern, ist es effektiv, die Konzentration eines Elements seltener Erden, wie etwa Yb, das im Kern dotiert wird, zu erhöhen, oder ein Aspektverhältnis von Kerndurchmesser/Manteldurchmesser zu reduzieren. Jedoch, selbst wenn der Absorptions-Koeffizient des Anregungslichts erhöht wird, falls die Amplifikations-Optikfaser übermäßig verkürzt ist, wie zuvor beschrieben, steigt die Wärmeerzeugungsrate pro Einheitslänge so, dass die Betriebsgrenze aufgrund eines Anstiegs bei der Temperatur erreicht wird, was dazu führt, dass Leistung des Anregungslichts, das injiziert werden kann, beschränkt wird. Darüber hinaus ist es notwendig, die Tatsache zu berücksichtigen, dass, wenn die Konzentration eines Elements seltener Erden wie etwa Yb, das hinzugefügt ist, erhöht wird, um den Absorptions-Koeffizienten des Kerns zu erhöhen, die Menge an Anregungslicht, die pro Einheitslänge absorbiert wird, steigt und die Wärmeerzeugungsrate pro Einheitslänge durch Anregung steigt, so dass, selbst wenn die Leistung des Anregungslichts klein ist, die Betriebsgrenze aufgrund eines Anstiegs bei der Temperatur erreicht wird. Wie oben beschrieben, wird für Amplifikations-Optikfasern ein optimales Design unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren benötigt.
  • Jedoch steigt in jedem Fall, falls die Menge von Anregungslicht, das pro Einheitslänge der Amplifikations-Optikfaser absorbiert wird, nicht gleichförmig ist, die Länge der Amplifikations-Optikfaser, die für ausreichendes Absorbieren des Anregungslichts notwendig ist, an. Daher zusammen mit Problemen, dass es sehr wahrscheinlich wird, dass eine nicht-linear, induzierte Zerstreuung, wie etwa SRS, auftritt, oder dass es unmöglich wird, das Anregungslicht ausreichend zu absorbieren, tritt ein Problem auf, das aufgrund der Wärmeerzeugungsrate pro Einheitslänge, die auch nicht gleichförmig wird, die Leistung des Anregungslichts, welches injiziert werden kann, durch einen Anstieg bei der Temperatur eines Teils, dessen Temperatur am höchsten ist, beschränkt ist. Daher ist es sehr wichtig, dass die Menge an Anregungslicht, die pro Einheitslänge der Amplifikations-Optikfaser absorbiert wird, so gleichförmig wie möglich gemacht wird. Jedoch im Falle des Endpumpens, wie zuvor beschrieben, da der Teil näher an der Eingangsseite des Anregungslichts ein größere Menge an Anregungslicht absorbiert und eine größere Menge an Wärme durch die Absorption erzeugt, und Wärmeerzeugungsrate nicht gleichförmig in der Längenrichtung der Faser wird.
  • Selbst in dem Fall des zuvor beschriebenen Seitenpumpens treten ähnliche Probleme auf. Beispielsweise in einer Seitenpumpstruktur, in der eine Anregungslicht-Optikfaser und die Signallicht-Optikfaser im Wesentlichen in innigem Kontakt miteinander stehen und sich parallel zueinander erstrecken, tritt das Problem auf, dass, wenn die Amplifikations-Optikfaser relativ kurz wird, ein Teil des durch die Anregungslicht-Optikfaser sich ausbreitenden Anregungslichts nicht zu der Signallicht-Optikfaser übertragen wird und nicht zur Anregung eingesetzt wird, was dazu führt, dass die Absorptionsrate des Anregungslichts in dem Kern gesenkt wird. Weiter, wenn ein Mechanismus, in welchem die Ausbreitung des Anregungslichts aus der Anregungslicht-Optikfaser zur Signallicht-Optikfaser gleichförmig in Längenrichtung der Amplifikations-Optikfaser gemacht wird, nicht bereitgestellt wird, wie im Falle des Endpumpens, wird die Menge von absorbiertem Anregungslicht und die Wärmeerzeugungsrate in der Längenrichtung der Amplifikations-Optikfaser ungleichförmig.
  • Beispielsweise offenbart Patentdokument 2 eine Optikfaser, die sich längs einer Faserachse in der Längenrichtung erstreckt. Die oben beschriebene Optikfaser beinhaltet: zumindest einen Mantel, der längs der Faserachse konzentriert ist; und einen verlängerten Multimodus (MM)-Kern, der koaxial zum einen Mantel ist und von einem Mantel umgeben ist, wobei der Multimoduskern einen Querschnitt aufweist, der geformt ist, einen Doppelflaschenhals aufzuweisen, so dass er Anregung des Basismodus nur in der Praxis wie auch Führung ohne Störung bereitstellt. Patentdokument 2 offenbart auch eine Optikfaser, die Eingabe- und Ausgabemodus-Umwandlungs-Einheitsregionen, eine Zentrumsregion, eine Eingabe-Endregion und eine Ausgabe-Endregion beinhaltet, die unten beschrieben werden. Die Eingabe- und Ausgabemodus-Umwandlungs-Einheitsregionen weisen alle Querschnitte auf, die geformt sind, den Doppelflaschenhals des MM aufzuweisen, die voneinander in einer Achsenrichtung getrennt sind, so dass jede der Umwandlungseinheitsregionen ein relativ kleines Ende und ein relativ großes Ende aufweist, die eingestellt sind, eine abgeschnittene Konusform zu haben. Die Zentrumsregion ist ausgebildet, eine solch gleichförmige Abmessung zu haben, dass eine Zentrumsregion die individuellen großen Enden der Eingangs- und Ausgangs-Umwandlungs-Einheitsregionen überbrückt. Die Eingangs-Endregion ist ausgebildet, eine solche gleichförmige Dimension aufzuweisen, dass die Eingangs-Endregion sich in das kleine Ende der Eingangs-Umwandlungsregion erstreckt, und ist so konfiguriert, dass sie auf einen zur Eingangs-Endregion emittierten Einzelmodus-Eingangsstrahl antwortet, wodurch in der Praxis nur der Basismodus darin angelegt wird. Die Ausgangsendregion ist ausgebildet, eine solche gleichförmige Abmessung zu haben, dass die Ausgangsendregion sich aus der Ausgangsendregion so erstreckt, dass sie eine Emission in der Praxis im Basismodus ausgibt und den Basismodus aus der Ausgabe-Umwandlungsregion empfängt. Die oben beschriebene Optikfaser wird so gebildet, dass der MM-Kern ein Stufentyp-Refraktiv-Indexprofil aufweist, welches einen konkaven Bereich enthält, der im Zentrum lokalisiert ist, und der Einzelmodus-Eingangsstrahl in der Eingangs-Endregion und dem Basismodus beide im Wesentlichen Gauss'sche Identitätsprofile aufweisen, deren Formen so eingestellt sind, dass ihre entsprechenden ModusFelddurchmesser im Wesentlichen zueinander passen. In der oben beschriebenen Optikfaser, indem die Form des doppelten Flaschenhalses und das Stufentyp-Refraktiv-Indexprofil mit dem konkaven Bereich im Zentrum bereitgestellt wird, steigen die Durchmesser der Multimoduskerne in den Zentrumsbereichen sowohl beider Flaschenhälse an, während Anhebung und Verstärkung in höherem Modus reduziert werden, was zu einem Anstieg im Schwellenwert bei der Nichtlinearität führt. Jedoch gibt das Patentdokument 2 keine Lösung für das Problem an, dass bei steigendem Kerndurchmesser die Sensitivität gegenüber Biegelast steigt. Zusätzlich, während Patentdokument 2 die Anordnung einer Seitenpumpen-Optikfaser und die Konfiguration einer Seitenpumpen-Technologie offenbart, offenbart sie keine Lösungen für Probleme wie etwa, dass das Anregungslicht nicht ausreichend im Kern absorbiert wird oder das Anregungslicht nicht gleichförmig in der Längenrichtung der Amplifikations-Optikfaser absorbiert wird, was dazu führt, dass die Wärmeerzeugungsrate nicht gleichförmig wird.
  • Patentdokument 3 offenbart eine Laserlichtquellen-Einrichtung, in der mit einem Halbleiterlaser Anregungslicht mit einer vorbestimmten Wellenlänge in eine Optikfaser, die aus einem Kernbereich und einem Mantelbereich gebildet ist, aus einer Seitenoberfläche eingebracht wird, um so eine laseraktive Substanz innerhalb des Kernbereichs anzuregen, wodurch er innerhalb der Optikfaser resoniert, um Licht mit einer gewünschten Wellenlänge aus dem Ausgabeende der Optikfaser auszugeben. Die Laserlichtquellen-Einrichtung, die oben beschrieben ist, beinhaltet: einen Optik-Wellenleiterkern, der in der Form eines Rings gebildet ist, der einen vorbestimmten Querschnitt hat und einen Refraktivindex im Wesentlichen gleich dem Mantelbereich; einen Optik-Wellenleitermantel, der einen niedrigeren refraktiven Index als derjenige des Optik-Wellenleiterkerns aufweist und der den Optik-Wellenleiterkern umgibt; eine Optikfaser, in der ein Teil oder die Gesamte derselben längs der Ringform innerhalb des Optik-Wellenleiterkerns eingebettet ist; und zumindest einen Lichtführungsbereich, der einen refraktiven Index gleich dem Optik-Wellenleiterkern aufweist, der mit demjenigen des Optik-Wellenleiterkerns innerhalb des Optik-Wellenleitermantels gekoppelt ist und das Anregungslicht so kreist, dass es sich ausbreitet und das Anregungslicht innerhalb des Optik-Wellenleiterkerns in einer gegebenen Richtung zirkuliert. Patentdokument 3 offenbart, dass, da die oben beschriebene Laserlichtquellen-Einrichtung effizient das aus dem Lichtführungsbereich geführte Anregungslicht in den optischen Wellenleiter verbindet, um so das Anregungslicht in der gegebenen Richtung längs der Ringform auszubreiten und zu kreiseln, kann das Anregungslicht ohne Verlust eingesetzt werden und somit ist es möglich, eine hohe Kopplungseffizienz zu erhalten. Jedoch, da ein Medium, durch welches das Anregungslicht sich ausbreitet, nicht eine optische Faser ist, die konventioneller Weise allgemein verwendet wird, steigt im Vergleich mit der Optikfaser die Absorption innerhalb des Wellenleiterkerns, und somit wird ein großer Verlust beim Kreiseln des Anregungslichts verursacht. Darüber hinaus, da das Medium, durch welches das Anregungslicht sich ausbreitet, nicht flexibel wie eine Optikfaser ist, treten Probleme im Hinblick auf die Herstellung auf, wie etwa insbesondere, wenn die Amplifikations-Optikfaser dazu dienen soll, etwas verlängert zu werden, der Optik-Wellenleiter selbst signifikant vergrößert wird. Obwohl Patentdokument 3 offenbart, dass, als Länge der Signallicht-Optikfaser vorzugsweise eine Länge entsprechend etwa einer Umdrehung innerhalb des Ringoptik-Wellenleiterkerns erfasst werden kann, wenn ein Versuch unternommen wird, eine Hochleistungs-Lasereinrichtung zu realisieren, wie zuvor beschrieben, steigt die Wärmeerzeugungsrate pro Einheitslänge, wodurch die Betriebsgrenze aufgrund eines Anstiegs bei der Temperatur erreicht wird. Daher ist es in der Struktur der in Patentdokument 3 offenbarten Laserlichtquelleinrichtung unmöglich, eine Hochleistungs-Lasereinrichtung zu realisieren. Patentdokument 3 offenbart weiter als die Materialien des Ringoptik-Wellenleiterkerns und des Ringoptik-Wellenleitermantels PMMA (Acryl), PC (Polykarbonat), Silikon, Styrolacylnitril (SAN), Glas und dergleichen. Jedoch, aufgrund der Tatsache, dass alle Materialien niedrige thermische Leitfähigkeiten aufweisen, wie auch Strukturen, in welchen in der Signallicht-Optikfaser erzeugte Wärme wahrscheinlich nicht dissipiert, ist das Realisieren einer Hochleistungs-Lasereinrichtung noch schwieriger worden. Patentdokument 3 offenbart auch, dass einer ihrer Zwecke darin besteht, die Wärmeerzeugungsrate im Wesentlichen gleichförmig in der Längenrichtung der Faser zu machen. Obwohl es wahrscheinlich ist, dass das Bereitstellen einer Vielzahl von Lichtführungsbereichen den Zweck zu einem gewissen Ausmaß erreichen kann, je näher ein Teil ist an dem Eingang des Anregungslichts, der verbunden ist aus dem Lichtführungsbereich, desto mehr gesteigert wird die Absorption des Anregungslichts in dem Teil, und desto mehr steigt die Wärmeerzeugungsrate durch die Absorption an. Daher offenbart Patentdokument 3 keine ausreichende Lösung für das Problem, dass die Wärmeerzeugungsrate in Längenrichtung der Faser gleichförmig gemacht wird. Wie oben beschrieben, ist die in Patentdokument 3 offenbarte Struktur eine Struktur, die zunächst nicht für eine Hochleistungs-Faserlasereinrichtung geeignet ist, wenn die Wärmeerzeugung der Faser tatsächlich ein Problem wird.
  • Patentdokument 4 offenbart eine Faserlasereinrichtung, die beinhaltet: eine Anregungslichtquelle, die Anregungslicht zum Anregen einer laseraktiven Substanz erzeugt; ein Eingangselement zum Eingeben des Anregungslichts, das aus der Anregungslichtquelle erzeugt ist, in die laseraktive Substanz; und eine Optikfaser, welche die laseraktive Substanz beinhaltet, wobei die laseraktive Substanz durch das aus dem Eingangselement eingegebene Anregungslicht angeregt wird, und welches Laserlicht aus einem Endbereich ausgibt. Das Eingangselement weist eine Form auf, in der ein säulenförmiges Element mit einer Eingangsoberfläche zum Aufnehmen des Anregungslichts aus der an einem Ende gebildeten Anregungslichtquelle so gebogen ist, dass zumindest ein Teil davon einen Bogen bildet. Die Optikfaser wird um den äußeren Umfangsbereich des Eingangselementes im Wesentlichen parallel zum Bus des Eingangselements gewickelt und das Eingangselement nimmt Kontakt auf mit zumindest einem Teil der Seitenoberfläche der Optikfaser. Die laseraktive Substanz wird durch das Anregungslicht angeregt, welches an der Optikfaser durch den Kontaktteil eingegeben wird. Patentdokument 4 offenbart auch eine Struktur, in der das andere Ende, das nicht die Eingangsoberfläche des Eingangselementes ist, in Kontakt tritt mit der Seitenoberfläche des Eingangselements durch ein Hochrefraktiv-Element mit einem höheren refraktiven Index als dem Eingangselement, und in welchem das Anregungslicht in dem Eingangselement zirkuliert wird. Daher, obwohl Patentdokument 4, wie das zuvor beschriebene Patentdokument 3, die Struktur zum Zirkulieren des Anregungslichts offenbart, breitet sich das Anregungslicht immer noch nicht in der Faser aus. In Patentdokument 4, ist als das Eingangselement zum Ausbreiten des Anregungslichts ein Eingangselement illustriert, in welchem ein zylindrisches Element mit einem Durchmesser von 6 nm und aus Quarz hergestellt in der Form eines kreisförmigen Ringes mit einem Radius von 50 mm gebogen ist. Das Eingangselement weist, anders als eine optische Faser, eine Struktur auf, die nicht flexibel ist. Jedoch ist das Platzieren einer Vielzahl von Optikfasern auf der Oberfläche des zylindrischen Elements, das nicht flexibel ist und in der Form eines kreisförmigen Rings gebogen ist, wie in Patentdokument 4 gezeigt, sehr schwierig im Hinblick auf Herstell-Technologie und es ist eine Struktur mit niedriger Machbarkeit. Weiter, obwohl die Faserlasereinrichtung so konfiguriert ist, dass das andere Ende, welches nicht die Eingangsoberfläche des Eingangselementes ist, in Kontakt tritt mit der Seitenoberfläche des Eingangselements durch das Hochrefraktiv-Element mit einem höheren refraktiven Index als das Eingangselement, um dem Anregungslicht zu gestatten, im Eingangselement zu zirkulieren, da das Anregungslicht etwas von einer Schnittstelle zwischen dem Eingangselement mit einem niedrigen refraktiven Index und dem Hochrefraktiv-Element mit einem hohen refraktiven Index wegreflektiert wird, entsteht das Problem, dass, wenn die Länge des Eingangselements kurz ist, wie illustriert, das reflektierte Anregungslicht zu der Anregungslichtquelle rückgeführt werden kann, wodurch die Anregungslichtquelle beschädigt wird. Um die Rückkehr des reflektierten Lichts zur Anregungslichtquelle oder die Rate des Anregungslichts, das zur Anregung nicht eingesetzt wird, zu reduzieren, wird ein Verlängern der Gesamtlänge des Eingangselements erwogen. Da jedoch das Eingangselement nicht flexibel ist, involviert die Verlängerung der Gesamtlänge des Eingangselements Probleme wie etwa Anstieg bei der Größe der Einrichtung und ist daher unrealistisch. In dem Teil der Optikfaser, welche nahe an der Zugangsoberfläche des Eingangselements ist, da eine große Menge von Anregungslicht absorbiert wird und die Wärmeerzeugungsrate durch die Absorption auch groß ist, wird die Wärmeerzeugungsrate nicht gleichförmig in Längenrichtung der Faser. Jedoch offenbart Patentdokument 4 nicht eine Lösung für die oben beschriebenen Probleme.
  • Patentdokument 5 offenbart einen Optikteil, der beinhaltet: eine Amplifikations-Optikfaser mit einem Kern, mit welchem ein aktiviertes Element dotiert ist und einem Mantel, der Anregungslicht zum Anregen des aktiven Elements ausbreitet; und eine Optik-Kopplungseinheit, in der eine Vielzahl von Mantelbereichen, die zueinander diskontinuierlich in der Längsrichtung der Amplifikations-Optikfaser sind, längs der Längsrichtung integriert sind, um so optisch miteinander gekoppelt zu sein. Im Optikteil sind die Mantelbereiche, die zueinander diskontinuierlich sind, optisch miteinander so gekoppelt, dass sie eine Schleife in der Amplifikations-Optikfaser bilden. Daher erscheint es so, dass der Optikteil eine ähnliche Form zu den in Patentdokumenten 3 und 4 offenbarten Strukturen aufweist. Jedoch, in der in Patentdokument 5 offenbarten Struktur, da der Ausbreitungsmodus von Teilen des Anregungslichts, welches durch die Mantelbereiche der Optikkopplungseinheit sich ausbreiten, distributiert wird, während das Anregungslicht sich durch den die Mantelbereiche ausbreitet, wird das Licht, welches die optische Kopplungseinheit als Schräglicht erreicht, aufgrund der Störung des Ausbreitungsmodus als die normalen Anregungslichter aus der Optikkopplungseinheit emittiert. Daher wird angenommen, dass das Schräglicht reduziert ist und dass es somit möglich ist, effizient das Anregungslicht in der Amplifikations-Optikfaser zu absorbieren. Mit anderen Worten, zirkuliert in dem in Patentdokument 5 offenbarten Optikteil zumindest ein großer Anteil des zur schleifenförmigen Amplifikations-Optikfaser sich ausbreitenden Anregungslicht nicht innerhalb der Schleife der schleifenförmigen Amplifikations-Optikfaser, sondern propagiert zum anderen Ende der sich aus der Optikkopplungseinheit der schleifenförmigen Amplifikations-Optikfaser erstreckenden Amplifikations-Optikfaser. Daher scheint es auf einen Blick, dass der oben beschriebene Optikteil eine ähnliche Struktur im Patentdokument 3 und 4 aufgrund der Anwesenheit der Schleife aufweist, aber die Funktion und die Konfiguration derselben sich vollständig von jenen der im Patentdokument 3 und 4 offenbarten Strukturen unterscheiden. Im Patentdokument 5 ist in ähnlicher Weise, je näher ein Teil an der Anregungslichtquelle ist, desto größer steigt die Absorption des Anregungslichts in dem Teil an, und destso gesteigerter ist die Wärmeerzeugungsrate durch die Absorption, was dazu führt, dass die Wärmeerzeugungsrate in der Längenrichtung der Faser nicht gleichförmig wird, aber Patentdokument 5 offenbart keine Lösung für das Problem.
  • Zusätzlich zur oben beschriebenen konventionellen Technik werden, eine schleifenförmige Optikfaser beinhaltende konventionelle Technologien offenbart, wie etwa das Beispiel von Patentdokument 6. Patentdokument 6 offenbart einen Lichtquelleneinrichtung, die eine Lichtquelle, die Licht mit einer ersten Wellenlänge ausgibt, einen nicht-linearen Wellenleiter, ein Lichtverzweigungselement, eine Ausgabeeinheit, eine optische Verstärkungseinheit und ein optisches Kopplungselement aufweist. Der lineare Wellenleiter erzeugt durch einen optischen parametrischen Effekt aus dem Licht mit der ersten Wellenlänge Licht, welches Licht mit einer zweiten Wellenlänge und Licht mit einer dritten Wellenlänge beinhaltet. Das Lichtverzweigungselement verzweigt Licht, welches das Licht mit der ersten Wellenlänge, das Licht mit der zweiten Wellenlänge und das Licht mit der dritten Wellenlänge beinhaltet, die aus dem nicht-linearen Wellenleiter ausgegeben werden, anhand der Wellenlänge ab. Die Ausgabeeinheit gibt Licht aus, welches zumindest einen Teil des Lichtes mit der dritten Wellenlänge beinhaltet, das durch das Lichtverzweigungselement abgezweigt ist. Die Optikverstärkungseinheit verstärkt Licht, das zumindest einen Teil des Lichts mit der zweiten Wellenlänge, welches durch das Lichtverzweigungselement abgezweigt ist, beinhaltet. Das Optikkopplungselement koppelt Licht, welches das aus der Lichtquelle mit der ersten Wellenlänge und das durch die Optikverstärkungseinheit mit der zweiten Wellenlänge verstärktes Licht beinhaltet, um es so am nicht-linearen Wellenleiter einzugeben. Da das Laserlicht zirkuliert und sich innerhalb der schleifenförmigen Optikfaser ausbreitet, erscheint diese Technologie ähnlich den in den oben beschriebenen Patentdokumenten offenbarten; jedoch, wie aus der Tatsache klar ist, dass das Lichtverzweigungselement, das Licht abzweigt, in der Schleife vorgesehen ist, unterscheidet sich das Problem, der Zweck und die Konfiguration dieser Technologie komplett von jenen in den in oben beschriebenen Patentdokumenten offenbarten Technologien.
    • Patentdokument 1: Japanische Wiederveröffentlichung von PCT-Anmeldung, Veröffentlichungs-Nr. WO 2016/002947 A1
    • Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Übersetzung von PCT-Anmeldung, Veröffentlichungs-Nr. JP 2013-504786 A
    • Patentdokument 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. JP 2002-111101 A
    • Patentdokument 4: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. JP 2005-217140 A
    • Patentdokument 5: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. JP 2012-209431 A
    • Patentdokument 6: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. JP 2017-083508 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Wie oben beschrieben, wird in der Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit der konventionellen Faserlasereinrichtung, wenn das Rückkehrlicht mit Strukturen wie Achsenversatz-Spleißen der Optikfaser innerhalb der Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit oder dergleichen abgeschwächt wird, Wärme lokal in dem Achsenversatz-Spleiß erzeugt, wo ein Verlust verursacht wird, steigt die Temperatur des Teils an und somit kann die Zuverlässigkeit der Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit abgesenkt sein. Weiter mag es sein, dass das Rückkehrlicht nicht komplett in dem Achsenversatz-Spleiß abgeschwächt wird, wobei es von dem Optikfaserende der Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit wieder reflektiert wird, so dass es zu dem Faserlaser-Oszillator rückkehrt, wodurch es möglicherweise die Zuverlässigkeit des Faserlaser-Oszillators senkt. Daher ist eine hoch zuverlässige Faserlasereinrichtung erforderlich, die ein Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul beinhaltet, das nicht eine Rückkehrlicht-Abschwächungseinheit ist und zuverlässig verhindern kann, dass das eindringende Rückkehrlicht vom Ende der Optikfaser oder dergleichen wieder reflektiert wird, um so wieder zum Faserlaser-Oszillator rückgeführt zu werden, und im Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul, wobei das Rückkehrlicht im Wesentlichen gleichförmig aus einem vorbestimmten Bereich der Längenrichtung der optischen Faser innerhalb der Rückkehrlicht-Eliminierungsmoduls ausleckt und im Wärme umgewandelt wird, die Wärmeerzeugungsrate pro Einheitslänge der Optikfaser in dem vorbestimmten Bereich der Optikfaser innerhalb des Rückkehrlicht-Eliminierungsmoduls im Wesentlichen gleichförmig gemacht wird und die Temperatur der Optikfaser im vorbestimmten Bereich der Optikfaser innerhalb des Rückkehrlicht-Eliminierungsmoduls auch im Wesentlichen gleichförmig gemacht werden kann.
  • Im Faserlaser-Oszillator der konventionellen Faserlasereinrichtung, im Falle des Endpumpens, da ein Teil näher an der Eingangsseite des Anregungslichts ist, steigt die Menge des im Teil absorbierten Anregungslichts an und steigt die Wärmeerzeugungsrate durch die Absorption, mit dem Ergebnis, dass die Wärmeerzeugungsrate ungleichförmig in der Längenrichtung der Faser gemacht wird. Selbst im Falle des Seitenpumpens, wenn ein Mechanismus, der die Ausbreitung von Anregungslicht aus der Anregungslicht-Optikfaser zu der Signallicht-Optikfaser in der Längenrichtung der Amplifikations-Optikfaser gleichförmig macht, nicht bereitgestellt ist, wie es der Fall ist beim Endpumpen, wird die Menge von absorbiertem Anregungslicht in der Längenrichtung der Amplifikations-Optikfaser ungleichförmig. Folglich wird die Wärmeerzeugungsrate ungleichförmig. Wenn die Wärmeerzeugungsrate in der Längenrichtung der Amplifikations-Optikfaser ungleichförmig wird, tritt das Problem auf, dass die Leistung des Anregungslichts, welches injiziert werden kann, aufgrund des Anstiegs bei der Temperatur eines Teils, dessen Temperatur am höchsten wird, beschränkt ist. Wenn die Menge von Anregungslicht, das absorbiert ist, in der Längenrichtung der Amplifikations-Optikfasern ungleichförmig ist und daher ein Teil, wo die Menge an absorbiertem Anregungslicht klein ist, vorhanden ist, kann es sein, dass ein Teil des Anregungslichts, welches injiziert wird, nicht eingesetzt werden kann, so dass es verloren geht, was dazu führt, dass die Absorptionsrate des Anregungslichts im Kern gesenkt ist. Wenn die Menge an absorbiertem Anregungslicht in der Längenrichtung der Amplifikations-Optikfaser ungleichförmig ist und daher ein Teil, wo die Menge von Anregungslicht, das absorbiert ist, klein ist, vorhanden ist, um das Anregungslicht, das nicht für die Anregung eingesetzt wird, zu reduzieren, so dass es verloren geht, ist es notwendig, die Amplifikations-Optikfaser im Vergleich zu einem Fall zu verlängern, bei dem die Menge an absorbiertem Anregungslicht in der Längenrichtung der Aufmerksamkeitszielobjekt gleichförmig ist. Folglich ist es sehr wahrscheinlich, dass nicht lineares, induziertes Streuen, wie etwa SRS, auftritt. Daher ist eine Hochleistungs-, Hocheffizienz-Faserlasereinrichtung erforderlich, die einen Faserlaser-Oszillator beinhaltet, der eine Anregungsstruktur aufweist, wobei die Menge an absorbiertem Anregungslicht in der Längenrichtung der Amplifikations-Optikfaser gleichförmig gemacht werden kann, die Wärmeerzeugungsrate und die Temperaturverteilung in der Längenrichtung der Amplifikations-Optikfaser gleichförmig gemacht sind, die Leistung des Anregungslichts, welches die Betriebsgrenze erreicht, die durch einen Anstieg bei der Temperatur verursacht ist, vergrößert werden kann, das Anregungslicht, das nicht für die Anregung eingesetzt wird, so dass es verloren geht, vermindert werden kann, ohne die Länge der Amplifikations-Optikfaser jenseits einer ursprünglich erforderlichen Länge zu verlängern, die Absorptionsrate des Anregungslichtshan in dem Kern hoch ist und es unwahrscheinlich ist, dass die durch das Auftreten von nicht-linearem, induziertem Zerstreuen, wie etwa SRSverursachte Hochleistungsbetriebsgrenze erreicht wird.
  • Daher ist es notwendig, eine Optikfaserstruktur bereitzustellen, in der in eine Optikfaser eindringendes Licht aus dem Eingangsende der Optikfaser im Wesentlichen gleichförmig in einem vorbestimmten Bereich der Längenrichtung des Optikfaser in der Längenrichtung der Optikfaser aus der Optikfaser nach außerhalb der Optikfaser auslecken kann, wobei das eingedrungene Laserlicht daran gehindert wird, reflektiert zu werden, um zum Eingangsende der Optikfaser rückgeführt zu werden und das Laserlicht daran gehindert wird, aus dem Ausgangsende der Optikfaser auszulecken, und wobei das Licht im Wesentlichen nach außerhalb nur aus der Optikfaser in dem vorbestimmten Bereich der Längenrichtung der Optikfaser ausleckt.
  • Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Faserlasereinrichtung mit einer Optikfaserstruktur bereitzustellen, in der eine Optikfaser vom Eingangsende der Optikfaser eindringendes Licht im Wesentlichen gleichförmig in einem vorbestimmten Bereich der Längenrichtung der Optikfaser in der Längenrichtung der Optikfaser aus der Optikfaser nach außerhalb der Optikfaser herauslecken kann, wobei das eingedrungene Licht daran gehindert wird, reflektiert zu werden, um zum Eingangsende der Optikfaser zurückzukehren, oder daran, von einem anderen Ausgangsende als dem Eingangsende der Optikfaser herauszulecken, und das Licht im Wesentlichen nach außerhalb nur aus der Optikfaser in dem vorbestimmten Bereich der Längenrichtung der Optikfaser herausleckt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Faserlasereinrichtung gemäß Patentanspruch 1. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsarten der Erfindung.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Faserlasereinrichtung bereitzustellen, die eine OptikfaserStruktur beinhaltet, in der in eine Optikfaser aus dem Eingangsende der Optikfaser eindringendes Licht im Wesentlichen gleichförmig in einem vorbestimmten Bereich der Längenrichtung der Optikfaser in der Längenrichtung der Optikfaser aus der Optikfaser nach außerhalb der Optikfaser auslecken kann, wobei das eindringende Licht daran gehindert wird, reflektiert zu werden, um zum Eingangsende der Optikfaser rückzukehren, und am Lecken aus dem Ausgabeende der Optikfaser, und das Licht im Wesentlichen nach außerhalb lediglich aus der Optikfaser im vorbestimmten Bereich der Längenrichtung der Optikfaser ausleckt.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Ansicht einer schleifenförmigen Optikfaser, die in einem Faserlaser-Oszillator einer Faserlasereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
    • 2 ist eine schematische Ansicht einer schleifenförmigen Optikfaser, die in einem Faserlaser-Oszillator einer Faserlasereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
    • 3A ist eine schematische Querschnittsansicht, die rechtwinklig zu der Zentrumslinie einer Optikfaser in einer Position ist, wo sieben Eingangsseiten-Optikfasern eines Kombinierers in einer schleifenförmigen Optikfaser gebündelt sind, die in einem Faserlaser-Oszillator einer Faserlasereinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
    • 3B ist eine schematische Querschnittsansicht, die rechtwinklig zu der Zentrumslinie einer Optikfaser in einer Position ist, wo neunzehn Eingangsseiten-Optikfasern des Kombinierers in der schleifenförmigen Optikfaser gebündelt sind, die in dem Faserlaser-Oszillator der Faserlasereinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
    • 3C ist eine schematische Querschnittsansicht, die rechtwinklig zur Zentrumslinie einer Optikfaser in einer Position ist, wo die Eingangsseiten-Optikfasern des Kombinierers in der streifenförmigen Optikfaser gebündelt sind, wenn zwei Eingangsseiten-Optikfasern effektiv sind;
    • 3D ist eine schematische Querschnittsansicht, die rechtwinklig zur Zentrumslinie einer Optikfaser in einer Position ist, bei der die Eingangsseiten-Optikfasern des Kombinierers in der schleifenförmigen Optikfaser gebündelt sind, wenn zwei Eingangsseiten-Optikfasern effektiv sind und zwei „Dummy“-Fasern vorgesehen sind;
    • 4 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Faserlasereinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 5A ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration eines Rückkehrlicht-Eliminierungsmoduls der Faserlasereinrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 5B ist eine schematische Querschnittsansicht längs Linie B-B in 5A;
    • 6 ist eine schematische Ansicht, welche die Konfiguration einer Faserlasereinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 7 ist eine schematische Ansicht, welche eine Konfiguration eines Faserlaser-Oszillators in einer Faserlasereinrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 8 ist eine schematische Ansicht, wenn der Faserlaser-Oszillator der Faserlasereinrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einer Seite entgegengesetzt zur 7 gesehen wird;
    • 9A ist eine schematische Querschnittsansicht einer Seitenpumpenstruktur im Faserlaser-Oszillator der Faserlasereinrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 9B ist eine schematische Querschnittsansicht einer Seitenpumpenstruktur in einem Faserlaser-Oszillator einer Faserlasereinrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 10 ist eine schematische Ansicht, welche die Konfiguration eines Faserlaser-Oszillators in einer Faserlasereinrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 11 ist eine schematische Ansicht, welche die Konfiguration eines Faserlaser-Oszillators in einer Faserlasereinrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 12 ist eine schematische Ansicht, welche die Konfiguration eines Faserlaser-Oszillators in einer Faserlasereinrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
    • 13 ist eine schematische Ansicht, welche die Konfigurationen eines Faserlaser-Oszillators und eines Rückkehrlicht-Eliminierungslichtmoduls in einer Faserlasereinrichtung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen einer Faserlasereinrichtung, die eine schleifenförmige Optikfaser gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet, werden unten unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. In den einzelnen Zeichnungen werden dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen identifiziert. Es wird angenommen, dass durch dieselben Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen identifizierte Elemente Bestandteilelemente mit denselben Funktionen sind. Für die Leichtigkeit der Betrachtung der Zeichnungen sind Maßstäbe nach Bedarf verändert. In der vorliegenden Spezifikation wird der Ausdruck „Optikfasern sind miteinander verbunden“ in dem Sinne verwendet, dass die Endoberflächen von Optikfasern durch Spleißen verbunden sind und optisch so gekoppelt sind, dass von einer Kühloberfläche propagiertes Licht sich in die andere Optikfaser ausbreitet. In den individuellen Zeichnungen repräsentiert ein weißer Pfeil schematisch Lichtstrahlen. Eine dicke durchgezogene Pfeillinie repräsentiert schematisch eine Durchschnitts-Ausbreitungsrichtung, in welcher Licht sich innerhalb der individuellen optischen Fasern ausbreitet. Eine dünne Linie mit Pfeilen auf beiden Seiten ist eine Erstreckungslinie zum Angeben eines Bereichs. Eine dicke unterbrochene Linie rechtwinklig zur Optikfaser repräsentiert den Spleiß-Punkt der Optikfasern.
  • <Erste Ausführungsform>
  • 1 ist eine schematische Ansicht einer schleifenförmigen Optikfaser, die in einem Faserlaser-Oszillator einer Faserlasereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In 1 ist der Optikfaserteil durch eine schematische Querschnittsansicht gezeigt, in welcher eine, die Zentrumslinie der Optikfaser beinhaltende Ebene der Querschnitt ist. Wie in 1, um die schleifenförmige Optikfaser zu beschreiben, werden die Faserlasereinrichtung und der Faserlaser-Oszillator weggelassen.
  • Wie in 1 gezeigt, beinhaltet die schleifenförmige Optikfaser 1 einen Kombinierer 2 und eine Optikfaser zum Verbinden der beiden Enden 7. Der Kombinierer 2 beinhaltet eine Vielzahl von Eingangsseiten-Optikfasern 3, von denen jede ein Eingangsende 5 beinhaltet, und eine Ausgangsseiten-Optikfaser 4, die ein Ausgangsende 6 beinhaltet, und die Vielzahl von Eingangsseiten-Optikfasern 3 ist mit demselben Eingangsende der Ausgangsseiten-Optikfaser 4 so gekoppelt, dass sie damit verbunden ist. Der Kombinierer 2 der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet drei Eingangsseiten-Optikfasern 3, 3 und alle Eingangsseiten-Optikfasern 3, 3 sind mit demselben Eingangsende der Ausgangsseiten-Optikfaser 4 so gekoppelt, dass sie damit verbunden sind, mit dem Ergebnis, dass der Kombinierer 2 in der Form des Buchstabens Y gebildet ist. Im Verbindungsteil der Eingangsseiten-Optikfasern 3, 3 und der Ausgangsseiten-Optikfaser 4 ist ein Faserzulaufbereich 12 vorgesehen.
  • Die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 koppelt und verbindet das Ausgangsende 6 der Ausgangsseiten-Optikfaser 4 mit dem Eingangsende 5 irgendeiner der Eingangsseiten-Optikfasern 3 in der Form einer Schleife. Auf diese Weise wird so konfiguriert, dass zumindest ein Teil des eindringenden Lichts, das in den Kombinierer 2 aus dem Eingangsende 5 zumindest einer der Eingangsseiten-Optikfasern 3 außer der am Eingangsseiten-Optikfaser 3, die mit der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 verbunden ist, eindringt, passiert das Ausgangsende 6 und die Optikfaser zur Verbindung der von beiden Enden 7 in dieser Reihenfolge und dringt wieder in den Kombinierer 2 vom Eingangsende 5 ein, das mit der Optikfaser zur Verbindung von beiden Enden 7 verbunden ist.
  • Spezifisch sind die Endoberfläche des Kerns 10 des Ausgangsendes 6 der Ausgangsseiten-Optikfasern 4 im Kombinierer 2 und die Endoberfläche des Kerns 10 auf der Eingangsendseite der Optikfaser zur Verbindung von beiden Enden 7 miteinander verspleißt, ohne dass die Achsen versetzt wären, um miteinander gekoppelt und verbunden zu sein. Die Endoberfläche des Kerns 10 des Eingangsendes 5 der Eingangsseiten-Optikfasern 3 im Kombinierer 2 und die Endoberfläche des Kerns 10 auf der Ausgangsendseite der Optikfaser zur Verbindung von beiden Enden 7 werden miteinander verspleißt, ohne dass die Achsen versetzt wären, um so miteinander gekoppelt und verbunden zu sein.
  • Eine Eingangs-Optikfaser 13 ist mit dem Eingangsende 5 einer der Eingangsseiten-Optikfasern 3, welche nicht mit der Optikfaser zur Verbindung von beiden Enden 7 verbunden ist, gekoppelt. Der Kern 10 der Eingangs-Optikfaser 13 ist so konfiguriert, dass er mit der Endoberfläche des Kerns 10 des Eingangsendes 5 der Eingangsseiten-Optikfaser 3, die nicht mit der Optikfaser zur Verbindung von beiden Enden 7 verbunden ist, ohne dass die Achse versetzt sind, gekoppelt und verbunden ist, so dass das Eintrittslicht 8 dazu gebracht wird, in die Eingangsseiten-Optikfaser 3 einzudringen. In der schleifenförmigen Optikfaser 1 dringt das Eintrittslicht 8 aus der Eingangs-Optikfaser 13 in den Kombinierer 2 aus dem Eingangsende 5 der Eingangsseiten-Optikfaser 3 ein und zumindest ein Teil des Eintrittslichts 8 passiert das Ausgangsende 6 und die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 in dieser Reihenfolge und tritt wieder in den Kombinierer 2 von dem Eingangsende 5 der Eingangsseiten-Optikfaser 3 ein, welche mit der Optikfaser zur Verbindung von beiden Enden 7 verbunden ist.
  • Die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 der schleifenförmigen Optikfaser 1 beinhaltet ein Lichtleckmittel, welches so gebildet ist, dass, während das Eintrittslicht 8, das in den Kombinierer 2 eindringt, in der schleifenförmigen Optikfaser 1 zirkuliert wird, das Eintrittslicht 8 aus der Innenseite der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 nach außerhalb der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 leckt. Ein Bereich, der durch eine Linie mit Pfeilen an beiden Enden 9 angegeben ist, gibt einen Bereich an, in welchem das Lichtleckmittel in der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 vorgesehen ist. Daher wird die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 so gebildet, dass das Eintrittslicht 8, das in den Kombinierer 2 eintritt, nach außerhalb der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 im Bereich 9 leckt. Der Bereich 9, der in der vorliegenden Ausführungsform angegeben ist, wird über die gesamte Länge der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 platziert.
  • Die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7, die in der vorliegenden Ausführungsform angegeben ist, beinhaltet einen Mantel 11 auf dem äußeren Umfang des Kerns 10, aber, um das Lecken des sich durch den Mantel ausbreitenden Lichts nach außerhalb des Mantels zumindest für den Bereich 9 nicht zu behindern, wird eine protektive Beschichtung, die normalerweise auf der äußeren Seite des Mantels gebildet ist, um die Optikfaser zu schützen, abgeschält oder wird vom Anfang an nicht ausgebildet. Um das Lecken des Lichts aus dem Mantel 11 zu erleichtern, kann ein Mantellicht-Entfernungsprozess wie etwa eine raue Oberflächen-Verarbeitung zum Bereitstellen eines etwas rauen Zustands oder Bilden eines feinen Musters an der Frontoberfläche des Mantels 11 durchgeführt werden.
  • Das Lichtleckmittel ist so konfiguriert, dass zumindest einer der Werte von der Numerik-Apertur (NA) eines Kerndurchmessers und eines Modusfeld-Durchmessers der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 graduell von der Seite der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 verkleinert ist, welche mit dem Ausgangsende 6 der Ausgangsseiten-Optikfaser 4 verbunden ist, zu der Seite, die mit dem Eingangsende 5 der Eingangsseiten-Optikfaser 3 verbunden ist. Beispielsweise in einem Fall, bei dem die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 so bearbeitet ist, dass der Kerndurchmesser der Mantel 11 zur Verbindung beider Enden 7 graduell von 100 µm zu 50 µm von der Seite, die mit dem Ausgangsende 6 der Ausgangsseiten-Optikfaser 4 verbunden ist, zu der Seite, die mit dem Eingangsende 5 der Eingangsseiten-Optikfaser 3 verbunden ist, reduziert wird, wenn das Licht dazu gebracht wird, in die Optikfaser einzudringen, zur Verbindung beider Enden 7 von der Seite, auf welcher der Kerndurchmesser 100 µm mit der Faser NA beträgt, wenn der Kerndurchmesser gesenkt wird, leckt ein Teil des Lichts aus dem Kern 10 der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7. Bis das Licht eine Position erreicht, in der der Kerndurchmesser 50 µm beträgt, leckt maximal 50% des eindringenden Lichts aus dem Kern 10 aus. Wenn die Konfiguration eine ist, bei der das Licht leicht aus dem Innern des Mantels 11 ausleckt, wie die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 der vorliegenden Ausführungsform, leckt weiter das Licht, welches aus dem Kern 10 zum Mantel 11 leckt, aus dem Mantel 11 zur Außenseite der Optikfaser zur Verbindung von beiden Enden 7 aus.
  • Der Modusfelddurchmesser wird durch den Kerndurchmesser und die refraktiven Indizes des Kerns 10 und des Mantels 11 justiert. In einer Einzelmodus-Optikfaser mit einem kleinen Kerndurchmesser ist der Modusfelddurchmesser größer als der Kerndurchmesser, während in einer Multimodus-Optikfaser mit einem großen Kerndurchmesser der Modusfelddurchmesser im Wesentlichen gleich dem Kerndurchmesser ist. Die Numerik-Apertur der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 wird durch die Justierung der refraktiven Indizes des Kerns 10 und des Mantels 11 in der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 justiert.
  • Die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 wird so hergestellt, dass zumindest einer der Werte von Numerik-Apertur, Kerndurchmesser und Modusfelddurchmesser graduell kontinuierlich reduziert wird, beispielsweise im Wesentlichen bei einer Konstantrate über die Gesamtlänge der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7. Auf diese Weise kann das sich durch die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 ausbreitende Licht dazu gebracht werden, von innerhalb der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 zur Außenseite der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 im Wesentlichen gleichförmig über die Gesamtlänge der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 auszulecken.
  • Jedoch ist das Lichtleckmittel nicht auf die Bedingung beschränkt, in welcher das sich durch die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 ausbreitende Licht im Wesentlichen bei der konstanten Rate über die Gesamtlänge der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 reduziert wird. Um die Spezifikation zu erfüllen, dass das sich durch die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 ausbreitende Licht nach außerhalb der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 leckt, im Wesentlichen gleichförmig über die Gesamtlänge der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7, gibt es eine Notwendigkeit, die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 herzustellen, während die Steuerung auf solche Weise durchgeführt wird, dass zumindest einer der Werte von Numerik-Apertur, Kerndurchmesser und Modusfelddurchmesser der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 sich kontinuierlich über die Gesamtlänge der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 vermindert. Obwohl das Lichtleckmittel vorzugsweise so ausgebildet ist, dass zumindest einer der Werte von Numerik-Apertur, Kerndurchmesser und Modusfelddurchmesser der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 sich graduell reduziert, wird das Lichtleckmittel am bevorzugtesten so ausgebildet, dass alle diese Werte graduell reduziert werden.
  • Das Licht, welches zum Eingangsende 5 der Eingangsseiten-Optikfaser 3, die mit der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 verbunden ist, ohne Auslecken aus der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 rückgeführt wird, wird mit dem Eintrittslicht 8, das vom Eingangsende 5 der Eingangsseiten-Optikfaser 3, welche nicht mit der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 verbunden ist, eintritt, verbunden (kombiniert damit), um sich so wieder vom Ausgangsende 6 der Ausgangsseiten-Optikfaser 4 in der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 auszubreiten. Auf diese Weise wird das Eintrittslicht 8, welches vom Eingangsende 5 der Eingangsseiten-Optikfaser 3, die nicht mit der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 verbunden ist, eintritt, innerhalb der schleifenförmigen Optikfaser 1 zirkuliert. Daher, wenn die schleifenförmige Optikfaser 1 nicht ein LichtExtraktionsmittel oder ein Lichtverzweigungsmittel zum Extrahieren aus der schleifenförmigen Optikfaser 1 im sich innerhalb der schleifenförmigen Optikfaser 1 ausbreitenden Licht, außer dem Lichtleckagemittel, das oben beschrieben ist, beinhaltet, wird der Effekt, dass im Wesentlichen das gesamte, in die schleifenförmige Optikfaser 1 eintretende Eintrittslicht 8 von innerhalb der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 zur Außenseite der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 im Wesentlichen gleichförmig in der Längenrichtung der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 auslecken kann, während das, in die schleifenförmige Optikfaser 1 eintretende Eintrittslicht 8 in der schleifenförmigen Optikfaser 1 zirkuliert wird, noch bemerkenswerter. Mit anderen Worten kann die schleifenförmige Optikfaser 1, die kein Lichtextraktionsmittel und Lichtverzweigungsmittel enthält, bemerkenswerter Weise den Effekt erzielen, in welchem im Wesentlichen das gesamte Eintrittslicht 8 aus der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 nach außerhalb im Wesentlichen gleichförmig über die Gesamtlänge der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 auslecken kann.
  • Der Kombinierer 2 kann eine Beziehung von (Durchmesser von Gesamtverzweigung der Eingangsseiten-Optikfasern) × (Numerik-Apertur der Eingangsseiten-Optikfasern) ≤ (Kerndurchmesser der Ausgangsseiten-Optikfaser) × (Numerik-Apertur der Ausgangsseiten-Optikfaser) erfüllen. Da das Eintrittslicht 8, das von einem Eintrittsende aus eintritt, sich anhand des „Erhaltungsgesetzes von Leuchtstärke“ ausbreitet, in welchem ein Produkt des Faserdurchmessers der Eingangsseiten-Optikfaser 3 und der Numerik-Apertur des Eintrittslichts 8 konstant ist, wird in dem Faserzulaufbereich 12 des Kombinierers 2 die Numerik-Apertur des Eintrittslichts 8 invers proportional zu einem Sinken beim Faserdurchmesser vergrößert. Jedoch, solange wie die oben beschriebene Beziehung erfüllt ist, unter der Bedingung, dass nur ein kleiner Verlust verursacht wird, kann der Kombinierer 2 bearbeitet werden, eine zulaufende Form aufzuweisen und somit ist es möglich, einen Lichtverlust im Kombinierer 2 zu senken.
  • Hier sind in der schleifenförmigen Optikfaser 1, wenn die Numerik-Apertur, der Kerndurchmesser und der Modusfelddurchmesser der Ausgangsseiten-Optikfaser 4 in einer Position, in welcher die Ausgangsseiten-Optikfaser 4 und die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 miteinander verbunden sind, jeweils durch NA1, D1 und MFD1 repräsentiert und sind die Numerik-Apertur, der Kerndurchmesser und der Modusfelddurchmesser der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 an der Position, in welcher die Ausgangsseiten-Optikfaser 4 und die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 miteinander verbunden, jeweils durch NA2, D2 und MFD2 repräsentiert sind, sind drei Relationsformeln NA1 ≤ NA2, D1 ≤ D2 und MFD1 ≤ MFD2 als eine erste Relationsformelgruppe bezeichnet. Andererseits, in der schleifenförmigen Optikfaser 1, wenn die Numerik-Apertur, der Kerndurchmesser und der Modusfelddurchmesser der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 in einer Position, in welcher die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 und die Eingangsseiten-Optikfaser 3 miteinander verbunden sind, jeweils als NA3, D3 und MFD3 repräsentiert sind und die Numerik-Apertur, der Kerndurchmesser und der Modusfelddurchmesser der Eingangsseiten-Optikfaser 3 an der Position, in welcher die Optikfaser zur Verbindung beider Enden und die Eingangsseiten-Optikfaser 3 miteinander verbunden sind, jeweils als NA4, D4 und MFD4 repräsentiert, werden drei Relationsformeln NA3 ≤ NA4, D3 ≤ D4 und MFD3 ≤ MFD4 als eine zweite Relationsformelgruppe bezeichnet. Hier ist die schleifenförmige Optikfaser 1 vorzugsweise so konfiguriert, dass alle in den ersten und zweiten Relationsformelgruppen enthaltene Relationsformeln wahr sind. Auf diese Weise ist es möglich, einen Verbindungsverlust am Spleiß, an welchem die Ausgangsseiten-Optikfaser 4 und die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 miteinander verbunden sind, wie auch ein Verbindungsfluss am Spleiß, an welchem die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 und die Eingangsseiten-Optikfasern 3 miteinander verbunden sind, zu senken.
  • Hier werden alle von NA1 bis NA4, die oben beschrieben sind, verwendet, die Numerik-Aperturen (NA) der Fasern zu bedeuten, die aus den Refraktivindizes der Kerne und den Mänteln der individuellen Optikfasern bestimmt werden, und sind nicht eine Numerik-Apertur (NA), die eine Eintrittswinkel-Bedingung repräsentiert, in welcher aus dem Kern der Endoberfläche jeder Optikfaser eintretendes Licht vollständig innerhalb des Kerns reflektiert wird, sich ausbreitet und die andere Endoberfläche der Optikfaser erreichen kann. Wie oben beschrieben, indem sowohl ein optischer Kopplungsverlust im Kombinierer 2 als auch der Verbindungsverlust am Spleiß der Optikfaser in der schleifenförmigen Optikfaser 1 reduziert werden, kann im Wesentlichen das gesamte Eintrittslicht 8, das in die schleifenförmige Optikfaser 1 aus der Eintritts-Optikfaser 13 eintritt, dazu gebracht werden, von innerhalb der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 nach außerhalb der Optikfaser zur Verbindung der beiden Enden 7 im Wesentlichen gleichförmig über die Gesamtlänge der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 auszulecken.
  • In Bezug auf den Manteldurchmesser wird es bevorzugt, dass in der Position, in der die Ausgangsseiten-Optikfaser 4 und die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 miteinander verbunden sind und in der Position, in der die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 und die Eingangsseiten-Optikfaser 3 miteinander verbunden sind, die Manteldurchmesser der Optikfaser auf der stromaufwärtigen Seite und der Optikfaser auf der stromabwärtigen Seite in der Ausbreitungsrichtung des Lichts im Wesentlichen gleich sind und zumindest der Manteldurchmesser der Optikfaser auf der stromabwärtigen Seite nicht größer ist als der der Optikfaser auf der stromabwärtigen Seite.
  • Wenn im Kombinierer 2 eine Vielzahl von Eingangsseiten-Optikfasern 3 mit der Ausgangsseiten-Optikfaser 4 verbunden sind, um die oben beschriebene Beziehung zu erfüllen, sind die Numerik-Apertur und der Kerndurchmesser der Ausgangsseiten-Optikfaser 4 unvermeidlich größer als die Numerik-Apertur und der Kerndurchmesser der Eingangsseiten-Optikfasern 3. Am Spleiß der Optikfaser, wenn das Licht sich aus der Seite der Optikfaser, deren Numerik-Apertur und Kerndurchmesser größer sind, zur Seite der Optikfaser, deren Numerik-Apertur und Kerndurchmesser relativ kleiner sind, ausbreitet, steigt der Verbindungsverlust an. Weiterhin, wie oben beschrieben, in der Optikfaser, die so bearbeitet ist, dass die Numerik-Apertur der Kerndurchmesser der Optikfaser graduell sinken, kann ein Teil des sich ausbreitenden Lichts nicht innerhalb des Kerns gelassen werden, um so aus dem Kern auszulecken. In der vorliegenden Erfindung werden die Beziehungen, die zuvor beschrieben sind, von denen gesagt werden kann, dass sie Beschränkungen an der Konfiguration der Optikfaserteile sind, umgedreht eingesetzt und somit wird die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 so erzeugt, dass die Numerik-Apertur und der Kerndurchmesser der Optikfaser für Verbindung beider Enden 7 graduell von Werten, die zumindest gleich oder größer als die Numerik-Apertur und der Kerndurchmesser der Ausgangsseiten-Optikfaser 4 sind, auf Werte, die zumindest gleich oder kleiner als die Numerik-Apertur und der Kerndurchmesser der Eingangsseiten-Optikfaser 3 sind, absinken. Auf diese Weise werden der optische Kopplungsverlust im Kombinierer 2 und der Verbindungsverlust im Spleiß minimiert und somit kann im Wesentlichen das gesamte in die schleifenförmige Optikfaser 1 eintretende Eintrittslicht 8 aus der Eintritts-Optikfaser 13 von der Innenseite der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 zur Außenseite der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 im Wesentlichen gleichförmig über die Gesamtlänge der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 auslecken.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • 2 ist eine schematische Ansicht einer schleifenförmigen Optikfaser, die als ein Faserlaser-Oszillator einer Faserlasereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In 2 ist der Optikfaser-Teil durch eine schematische Querschnittsansicht gezeigt, in der eine Ebene, welche die Zentrumslinie der Optikfaser beinhaltet, der Querschnitt ist, außer für einen Teil, bei dem eine Vielzahl von Optikfasern einander zu schneiden scheinen. Wie in 1, sind die Faserlasereinrichtung und der Faserlaser-Oszillator weggelassen. Wie in 2 gezeigt, ist die Schleife der schleifenförmigen Optikfaser 1 nicht auf eine einzelne Schleife beschränkt und Schleifen können eine beliebige Anzahl gewickelt werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Struktur, in der Schleifen zweimal gewickelt sind, illustriert. Obwohl in 1 der Kerndurchmesser der Optikfaser für Verbindung beider Enden 7 nicht gezeichnet ist, längs der Längenrichtung der Optikfaser gleichförmig zu variieren, versteht es sich, dass 2 nur eine schematische Ansicht ist. Dasselbe ist in den anderen Zeichnungen wahr.
  • In 2, für das leichte Verständnis der Konfiguration der schleifenförmigen Optikfaser 1 sind die Durchmesser der Schleifen zwischen der ersten Schleife und der zweiten Schleife so geändert, dass die Positionen der Schleifen versetzt sind. Jedoch erübrigt es sich zu sagen, dass in der Installation, die Durchmesser einer Vielzahl von Schleifen im Wesentlichen gleich sein können, so dass die Schleifen einander überlagert sind. Wenn 2 von der Frontoberfläche gesehen wird, in dem Teil, in welchem die erste Schleife die zweite Schleife zu schneiden scheint, ist die Schleife, deren Schleifendurchmesser groß ist, auf der Rückseite der illustrierten Ebene im Vergleich mit der Schleife, deren Schleifendurchmesser klein ist, angeordnet, wodurch schematisch ein Zustand von dreidimensionalem Schnitt gezeigt ist. Wie in der vorliegenden Ausführungsform sind die Schleifen der schleifenförmigen Optikfaser 1 eine Vielzahl von Malen gewickelt und somit, wenn eine vorbestimmte Länge für die Optikfaser der schleifenförmigen Optikfaser 1 benötigt wird, kann die schleifenförmige Optikfaser 1 innerhalb der Faserlasereinrichtung installiert werden, um so kompakt zu sein.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • 3A und 3B sind schematische Querschnittsansichten, die rechtwinklig zur Zentrumslinie einer optischen Faser in einer Position sind, wo die Eingangsseiten-Optikfasern eines Kombinierers in einer in einem Faserlaser-Oszillator einer Faserlasereinrichtung verwendeten schleifenförmigen Optikfaser gebündelt sind, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 3A und 3B gezeigt, wenn eine Vielzahl von Eingangsseiten-Optikfasern 3 in einer hexagonalen eng gepackten Struktur gebündelt sind, falls die Anzahl von Eingangsseiten-Optikfasern 3 in dem Kombinierer so eingestellt wird, dass die Querschnittsaußenform des Bündels nahe einem Kreis ist, wird es leicht, den Faserzulaufbereich 12 des Kombinierers 2, gezeigt in 1 und 2, herzustellen.
  • Deren spezifische Anzahl ist gleich oder größer als 7, wie in 3A gezeigt. Wie beispielsweise in 3B gezeigt, kann deren spezifische Nummer auf 19 eingestellt werden. Als größere Anzahl davon sind 37 oder 61 illustriert. Das Bündel der Eingangsseiten-Optikfasern 3 wird mit einem Ummantelungsrohr 14 abgedichtet. In einem Fall, bei dem die Anzahl von Eingangsseiten-Optikfasern auf die oben beschriebenen Anzahlen eingestellt wird, wenn die Anzahl von Eingangsseiten-Optikfasern größer als notwendig ist, können unnötige Eingangsseiten-Optikfasern auf Dummy-Fasern eingestellt werden, die nicht eingesetzt werden. Die Dummy-Faser muss nicht eine optische Faserstruktur aufweisen, die aus einem Kern und einem Mantel gebildet ist, und kann eine Faser sein, die eine einfache Struktur frei von einem Kern aufweist.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, zeigt 3C einen Zustand, bei dem zwei Eingangsseiten-Optikfasern 3, 3 gebündelt sind. 3D zeigt einen Zustand, bei dem vier Eingangsseiten-Optikfasern 3 gebündelt sind. Wie in 1 und 2, sind die zwei Eingangsseiten-Optikfasern 3, 3 von den vier Eingangsseiten-Optikfasern Optikfasern, in die Licht eintritt, sind aber die zwei anderen Optikfasern die Dummy-Fasern 15, 15, die oben beschrieben sind, in die Licht nicht eintritt. Eine Fläche zwischen den Optikfasern innerhalb des Ummantelungsrohrs 14 und Spalten zwischen dem Ummantelungsrohr 14 und den Optikfasern verschwinden, wenn das Ummantelungsrohr 14 eingeengt wird, um eine zulaufende Form zu haben, bis der Außendurchmesser des Ummantelungsrohrs 14 innerhalb welchem das Bündel von Optikfasern gelagert ist, gleich beispielsweise dem Außendurchmesser der Außenseiten-Optikfaser 4 in dem Kombinierer 2, gezeigt in 1 und 2, ist.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • 4 ist eine schematische Ansicht eines Faserlaser-Oszillator in einer Faserlasereinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einem Hauptbereich eines diesbezüglichen optischen Systems. In 4 ist eine schleifenförmige Optikfaser 1 auf ein Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul 21 zum Eliminieren von Rückkehrlicht angewendet, was aus der Signallicht-Optikfaser 35 des Faserlaser-Oszillators 17 in der Faserlasereinrichtung 16 ein hoch reflektierendes Faser-Bragg-Gitter (HRFBG) 19 passiert. In 4, zur Vereinfachung der Zeichnung, werden die Optikfasern durch dicke durchgezogene Linien angegeben, ohne deren detaillierte Struktur, wie etwa ein Kern und eine Ummantelung, zu zeigen.
  • Im Faserlaser-Oszillator 17 der vorliegenden Ausführungsform wird aus einer Vielzahl von Laserdiodenmodulen (LDM) 22 emittiertes Anregungslicht durch ein zulaufendes Faserbündel (TFB) 23 in die interne Ummantelung der Doppelmantelfaser einer Amplifikations-Optikfaser 18 injiziert, und während das Anregungslicht sich ausbreitet, wird das Anregungslicht graduell in einen Kern absorbiert, der mit Ionen seltener Erden dotiert ist. Die Illustration einer Laser-Stromversorgungseinheit zum Antreiben des LDM 22 und einer Steuereinheit zum Steuern der individuellen Bereiche der Faserlasereinrichtung 16 wird weggelassen. Ausgangs-Laserlicht 27 aus dem Faserlaser-Oszillator 17 wird aus einem Bearbeitungskopf 26 durch ein Laseroptiksystem 24, wie etwa einen Faserkoppler und eine Zufuhrfaser 25 emittiert. Die Faserlasereinrichtung 16 verwendet die schleifenförmige Optikfaser 1, um in dem Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul 21 das Rückkehrlicht zu eliminieren, welches das HRFBG 19 passiert, wie etwa reflektiertes Licht, bei welchem ein Teil des emittierten Laserlicht von der Frontoberfläche eines zu bearbeitenden Ziels reflektiert wird und sich in einer Richtung entgegengesetzt zum Ausgangs-Laserlicht 27 und Stokes-Licht, das in dem Prozess der Ausbreitung durch die Optikfasern erzeugt wird und dessen Wellenlänge länger als diejenige des durch den Faserlaser-Oszillator 17 oszillierten Laserlichts ist. Die Eintritts-Optikfaser 13 der schleifenförmige Optikfaser 1 ist über den TFB 23 mit der Signallicht-Optikfaser 35 verbunden.
  • 5A ist eine detaillierte schematische Ansicht des Rückkehrlicht-Eliminierungsmoduls in der Faserlasereinrichtung der vorliegenden Ausführungsform. In 5A ist der Optikfaser-Teil durch eine schematische Konzeptansicht, in der eine Ebene, welche die Zentrumslinie der Optikfaser beinhaltet, der Querschnitt ist, gezeigt. 5B ist eine schematische Querschnittsansicht längs Linie B-B in 5A. Während das Rückkehrlicht, das in die schleifenförmige Optikfaser 1 eintritt, in der schleifenförmigen Optikfaser 1 zirkuliert wird, leckt das durch die Optikfaser zur Verbindung von beiden Enden 7 sich ausbreitende Licht aus der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 im Wesentlichen gleichförmig in der Längenrichtung der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 in einem Leckagebereich 9 ab der Innenseite der Optikfaser zur Verbindung von beiden Enden 7 bis zur Außenseite der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7. Die schleifenförmige Optikfaser 1 im Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul 21 ist in einer Rille 291 gelagert, die in einer Oberfläche eines thermischen leitfähigen Elements 29, wie etwa einer Aluminiumplatte, gebildet ist. Die schleifenförmige Optikfaser 1 innerhalb der Rille 291 ist thermisch mit dem thermischen leitfähigen Element 29 mit einem thermisch leitfähigen Fixiermaterial 31 verbunden, wie etwa einer thermischen leitfähigen Verbindung oder einem thermisch leitfähigen Adhäsiv, so dass sie fixiert ist. Das Rückkehrlicht, welches aus der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 herausleckt, im Wesentlichen gleichförmig in Längenrichtung der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7, wird in Wärme umgewandelt und die Wärme passiert das thermische leitfähige Element 29 und wird mit einem Wärmeabstrahlungsmittel (nicht illustriert), wie etwa einer wassergekühlten Platte, die thermisch mit dem thermischen leitfähigen Element 29 verbunden ist, abgestrahlt.
  • Auf diese Weise kann das Rückkehrlicht, wie etwa das reflektierte Licht, das vom zu bearbeitenden Ziel und dergleichen reflektiert wird, welches das HRFBG 19 passiert, um in das Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul 21 einzutreten, was den Faserlaser-Oszillator 17 und dergleichen beschädigen kann, und das Stokes-Licht (gestreutes Licht), das durch nicht-lineares induziertes Streuen, wie etwa Raman-Streuen, verursacht wird, welches die Ausgabe des Faserlaser-Oszillators 17 beschränkt, vollständig in dem Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul 21 eliminiert werden und das Rückkehrlicht kann vollständig daran gehindert werden, wieder zum Faserlaser-Oszillator 17 rückzukehren.
  • Weiter, da die Eliminierung des Rückkehrlichts, das heißt das Lecken des Rückkehrlichts aus der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 nicht lokal durchgeführt wird, leckt das in die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 eintretende Licht in dem Leckbereich 9 aus der Innenseite der Optikfaser zur Verbindung beider Enden bis zur Außenseite der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7, das heißt im Wesentlichen über die Gesamtlänge der Optikfaser zur Verbindung beider Enden im Wesentlichen gleichförmig in Längenrichtung der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7, ist es möglich, das Auftreten eines Ausfalls, wie etwa einer Beschädigung der schleifenförmigen Optikfaser 1 oder des Rückkehrlicht-Eliminierungsmoduls 21 zu verhindern, die durch einen lokalen Temperaturanstieg in Teilen der schleifenförmigen Optikfaser 1 verursacht wird. Darüber hinaus, aufgrund der Struktur, ist es möglich, die Reflektion des Rückkehrlichts komplett vom Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul 21 zu entfernen.
  • Weiterhin, da zumindest ein Teil der schleifenförmigen Optikfaser 1 thermisch mit dem thermischen leitfähigen Element 29 verbunden ist, ist es möglich, ein Risiko zu vermindern, das die Temperatur der schleifenförmigen Optikfaser 1 durch Rückkehrlicht, welches aus der schleifenförmigen Optikfaser 1 ausleckt, steigt, so dass die schleifenförmige Optikfaser 1 beschädigt wird.
  • Zumindest im Leckbereich 9, in welchem das Rückkehrlicht aus der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 im Wesentlichen gleichförmig in der Längenrichtung der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 ausleckt, wird die Schutzbeschichtung, die normalerweise auf der äußeren Seite des Mantels platziert ist, so dass sie die Optikfaser umgibt, um die Optikfaser zu schützen, vorzugsweise wie bei der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 der vorliegenden Ausführungsform abgeschält. Wie zuvor beschrieben, kann die Mantellicht-Entfernungsverarbeitung auf der Frontoberfläche des Mantels 11 der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 so durchgeführt werden, dass das Rückkehrlicht leicht lecken kann. Wie in 4 gezeigt, kann ein Lichtdetektionsmittel 28, das die Menge an Licht, die aus der Signallicht-Optikfaser 35 zwischen dem Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul 21 und dem HRFBG 19 leckt, detektiert, so vorgesehen sein, dass die Menge an Rückkehrlicht, welches in das Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul 21 eintritt, überwacht wird. Als Lichtdetektionsmittel 28 wird eine Fotodiode verwendet und somit kann die Menge an reflektiertem Licht rasch detektiert werden und kann Rückkopplung zu einem Lichtausgabefehl, welcher durch die Steuereinheit der Faserlasereinrichtung 16 erteilt wird, rasch durchgeführt werden. Wie in 4 gezeigt, kann eine Vielzahl von ähnlichen Lichtdetektionsmitteln wie etwa ein Lichtdetektionsmittel 28a, welches hauptsächlich das Abgabe-Laserlicht 27 detektiert, und ein Lichtdetektionsmittel 28b, welches hauptsächlich das Rückkehrlicht detektiert, beispielsweise vor einem Ende hinter dem Laseroptiksystem 24 installiert sein. Um die Temperatur des thermischen leitfähigen Elements 29 zu überwachen, kann ein Temperatursensor 30 vorgesehen sein.
  • <Fünfte Ausführungsform>
  • 6 ist eine schematische Ansicht, welche die Konfiguration einer Faserlasereinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Auch in 6, werden zur Vereinfachung der Zeichnung, die Optikfasern durch dicke durchgezogene Linien angegeben, ohne dass deren detaillierte Struktur, wie etwa ein Kern und ein Mantel, gezeigt sind. Die Faserlasereinrichtung 16, welche durch die vorliegende Ausführungsform angegeben ist, weist eine Struktur zum gleichzeitigen Eliminieren von Rückkehrlicht aus zwei Faserlaser-Oszillatoren 17, 17 mit einem Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul 21 auf. Daher ist die Anzahl von Eingangsseiten-Optikfasern 3 eines Kombinierers 2 in einer schleifenförmigen Optikfaser 1 3. Aus den zwei Faserlaser-Oszillatoren 17, 17 emittiertes Laserlicht wird in einem Ausgangslaserlicht-Kombinationskombinierer 32 kombiniert und wird aus der Faserlasereinrichtung 16 emittiert. In der Struktur der vorliegenden Ausführungsform, in der das Rückkehrlicht aus einer Vielzahl von Faserlaser-Oszillatoren 17, 17 mit einem Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul 21 auf einmal eliminiert wird, ist die Anzahl von Faserlaser-Oszillatoren 17 nicht auf zwei beschränkt. Durch Eliminieren des Rückkehrlichts aus der Vielzahl von Faserlaser-Oszillatoren 17, wird eliminiert mit einem Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul 21 auf einmal, ist es möglich, die Kosten zu reduzieren.
  • <Sechste Ausführungsform>
  • 7 und 8 sind schematische Ansichten, welche die Konfiguration eines Faserlaser-Oszillators in einer Faserlasereinrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Jedoch sind Laserdiodenmodule weggelassen, so dass sie (nicht illustriert sind. Anregungslicht 33 aus den Laserdiodenmoduln 22 wird mit einem zulaufenden Faserbündel 23 kombiniert, wie in 4 und 6 gezeigt, und wird dann dazu gebracht, in die Eingangsseiten-Optikfaser 3 eines Kombinierers 2 einzutreten. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine schleifenförmige Optikfaser 1 auf eine Anregungslicht-Optikfaser für Seitenpumpen 34 angewendet, welche an die Signallicht-Optikfaser 35 des Faserlaser-Oszillators 17 angrenzt, und sich parallel dazu erstreckt. Die Anregungslicht-Optikfaser 34, die in einer der Ausführungsformen beschrieben ist, sind alle die Anregungslicht-Optikfaser für das Seitenpumpen.
  • 7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, bei der eine, die Zentrumslinie der Anregungslicht-Optikfaser 34 beinhaltende Ebene, an der eine schleifenförmige Optikfaser 1 angebracht wird, der Querschnitt ist. In 7 ist die Signallicht-Optikfaser 35 in dem Teil einer Amplifikations-Optikfaser 18 auf der Rückseite der Anregungslicht-Optikfaser 34 so angebracht, dass sie nicht zu sehen ist. Andererseits ist 8 eine schematische Querschnittsansicht bei Sicht von der Rückseite von 7 und zeigt eine schematische Querschnittsansicht, in der eine, die Zentrumslinie der Signallicht-Optikfaser beinhaltenden Ebene der Querschnitt ist. Jedoch wird der Teil, welchen die Signallicht-Optikfaser 35 schneidet, durch eine schematische Querschnittsansicht gezeigt, in der eine, die Zentrumslinie der Signallicht-Optikfaser 35 beinhaltende Ebene vor der illustrierten Ebene der Querschnitt ist.
  • Ein großer Anteil der Anregungslicht-Optikfaser 34 und der Signallicht-Optikfaser 35, die angrenzend angeordnet sind, um sich so parallel zueinander zu erstrecken, wird mit einer Hülse 36 abgedeckt. Die Hülse 36 beinhaltet die Anregungslicht-Optikfaser 34 und die Signallicht-Optikfaser 35, so dass das aus der Anregungslicht-Optikfaser 34 leckende Anregungslicht 33 hoch effizient in die Signallicht-Optikfaser 35 absorbiert wird, und aus einem Material wie etwa einem Nieder-Refraktivindex-Polymer gebildet ist, das einen niedrigeren Refraktivindex aufweist als denjenigen des Mantels der Signallicht-Optikfaser 35.
  • 9A ist eine schematische Querschnittsansicht der Amplifikations-Optikfaser 18, die mit der Anregungslicht-Optikfaser 34 und der Signallicht-Optikfaser 35 gebildet ist, die mit der Hülse 36 abgedeckt sind, und ist eine schematische Querschnittsansicht einer Seitenpumpstruktur. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform der Durchmesser der Anregungslicht-Optikfaser 34 gezeichnet ist, größer als derjenige der Signallicht-Optikfaser 35 zu sein, ist die Größenordnungsbeziehung zwischen den Durchmessern der Anregungslicht-Optikfaser 34 und der Signallicht-Optikfaser 35 nicht auf die in der vorliegenden Ausführungsform gezeigte Beziehung beschränkt. Wie oben beschrieben, aufgrund der Tatsache, dass zumindest ein Teil der Anregungslicht-Optikfaser 34 und der Signallicht-Optikfaser 35, die angrenzend aneinander angeordnet sind, so dass sie sich parallel zueinander erstrecken, mit der Hülse 36 abgedeckt ist, welche die Anregungslicht-Optikfaser 34 und die Signallicht-Optikfaser 35 beinhaltet, und welche einen niedrigeren Refraktivindex aufweist als der Mantel 11 der Signallicht-Optikfaser 35, wird das Anregungslicht 33, welches aus der Anregungslicht-Optikfaser für Seitenpumpen 34 ausleckt, hoch effizient in der Signallicht-Optikfaser 35 absorbiert.
  • Wenn die schleifenförmige Optikfaser 1 auf die Anregungslicht-Optikfaser 34 angewendet wird, in Teilen nahe an beide Enden der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 der Anregungslicht-Optikfaser 34, wird es bevorzugt, dass die Numerik-Apertur und der Kerndurchmesser konstant eingestellt sind und der Leckbereich 9, in welchem das eintretende Anregungslicht 33 aus dem Inneren der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 nach außen der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 herausleckt, das heißt ein Bereich, in welchem die Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 das Lichtleckmittel beinhaltet, kürzer eingestellt wird als die kurze Länge der Optikfaser zur Verbindung beider Enden 7 mit dem Ergebnis, dass der Bereich in einem mit der Hülse 36 abgedeckten Bereich enthalten ist. Dadurch leckt das Anregungslicht 33 nicht aus dem Teil aus, der nicht durch die Hülse 36 abgedeckt ist, und somit kann das Anregungslicht 33 mit höherer Effizienz in die Signallicht-Optikfaser 35 absorbiert werden. Um zu verhindern, dass das Anregungslicht 33 aus der Endoberfläche 37 der Hülse 36 ausleckt, kann eine Reflektionsbeschichtung auf die Frontoberfläche der Endoberfläche 37 der Hülse 36 aufgebracht werden.
  • Obwohl in 7 und 8 aus Gründen der Einfachheit der Zeichnungen die schleifenförmige Optikfaser 1 eine einzelne Schleife aufweist, wie in 2 gezeigt, kann eine Vielzahl von Schleifen vorgesehen sein. Daher kann in diesem Fall (Bereich, in welchem die Optikfaser zur Verbindung beider Enden ein Lichtleckmittel enthält)/(Gesamtlänge der Optikfaser zur Verbindung beider Enden) im Wesentlichen nahe an 1 eingestellt werden. Daher wird das Anregungslicht 33, das aus dem Inneren der Anregungslicht-Optikfaser 34 nach außen der Anregungslicht-Optikfaser 34 im Wesentlichen gleichförmig in der Längenrichtung der Anregungslicht-Optikfaser 34 leckt, in den Kern 10 der Signallicht-Optikfaser 35 absorbiert, welche sich parallel zur Anregungslicht-Optikfaser 34 erstreckt. Auf diese Weise wird die Menge an in der Längenrichtung der Amplifikations-Optikfaser 18 absorbierten Anregungslichts dazu gebracht, im Wesentlichen gleichförmig zu sein und somit können die Wärmeerzeugungsrate und die Temperaturverteilung in Längenrichtung der Amplifikations-Optikfaser 18 ebenfalls im Wesentlichen gleichförmig gemacht werden. Weiter, selbst ohne Verlängerung der Länge der Faser, da fast das gesamte Anregungslicht 33, das in die schleifenförmige Optikfaser 1 eintritt, nach außerhalb der schleifenförmigen Optikfaser 1 leckt, um in der Signallicht-Optikfaser 35 absorbiert zu werden, während die Amplifikations-Optikfaser 18 eingestellt ist, die angemessenste Länge als Laser-Oszillator aufzuweisen, kann das Verhältnis des Anregungslichts, welches nicht zur Anregung beiträgt, reduziert werden. Daher ist es möglich, eine Hochleistungs-, Hocheffizienz-Faserlasereinrichtung zu realisieren, von der es unwahrscheinlich ist, dass sie die durch einen Anstieg bei der Temperatur der Amplifikations-Optikfaser 18 verursachte Betriebsgrenze und die durch das Auftreten von nicht-linearen induziertem Streuen wie etwa SRS verursachte HochleistungsBetriebsgrenze erreicht, und die hoch zuverlässig ist.
  • <Siebte Ausführungsform>
  • 9B ist eine schematische Querschnittsansicht eines Seitenpumpens in einem Faserlaser-Oszillator einer Faserlasereinrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 9B sind eine Vielzahl von (in der vorliegenden Ausführungsform 2) Anregungslicht-Optikfasern 34, 34 angrenzend an einer Signallicht-Optikfaser 35 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Richtung, in der sich Anregungslicht 33 ausbreitet, dieselbe sowohl in der linken als auch in der rechten Anregungslicht-Optikfaser 34, 34. Die schematische Ansicht des Faserlaser-Oszillators in der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie diejenige des in 7 gezeigten Faserlaser-Oszillators 17. In dem Teil der Amplifikations-Optikfaser 18 ist die Signallicht-Optikfaser 35, die nicht zu sehen ist, hinter der nächstgelegenen Anregungslicht-Optikfaser 34 vorhanden und weiter dahinter ist die Anregungslicht-Optikfaser 34, welche dieselbe Form wie die nächstgelegene Anregungslicht-Optikfaser 34 aufweist, und die ebenfalls nicht zu sehen ist, vorhanden. Durch Umgeben der Signallicht-Optikfaser 35 durch eine Vielzahl von Anregungslicht-Optikfasern 34, 34 kann eine größere Menge an Anregungslicht pro Einheitslänge der Amplifikations-Optikfaser 18 in der Signallicht-Optikfaser 35 absorbiert werden.
  • <Achte Ausführungsform>
  • 10 ist eine schematische Ansicht, welche die Konfiguration eines Faserlaser-Oszillators in einer Faserlasereinrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und zeigt eine schematische Querschnittsansicht, bei der eine, die Zentrumslinie der nächstgelegenen Anregungslicht-Optikfaser 34 enthaltenden Ebene, auf welche die schleifenförmige Optikfaser 1 angewendet wird, der Querschnitt ist. In 10, in dem Teil der Amplifikations-Optikfaser 18, ist eine Signallicht-Optikfaser 35 hinter der nächstgelegenen Anregungslicht-Optikfaser 34 angeordnet und weiter dahinter ist eine Anregungslicht-Optikfaser 34 in einem Zustand, wo die nächstgelegene Anregungslicht-Optikfaser 34 umgewendet wird, angeordnet. Obwohl die schematische Querschnittsansicht einer Seitenpumpenstruktur die gleiche wie diejenige in 9B ist, sind in den linken und rechten Anregungslicht-Optikfasern 34, 34 die Richtungen, in welchen das Anregungslicht 33 sich ausbreitet, zueinander entgegengesetzt.
  • Wie in der vorliegenden Ausführungsform, indem eine Seitenpumpenstruktur angenommen wird, in der eine Vielzahl von Anregungslicht-Optikfasern 34, 34 angrenzend an einer Signallicht-Optikfaser 35 angeordnet sind und in welcher die Richtung, in welcher das Licht sich innerhalb zumindest einer Anregungslicht-Optikfaser 34 von den Anregungslicht-Optikfasern 34, 34 ausbreitet, entgegengesetzt zu der Richtung, in welcher das Licht sich innerhalb der anderen Anregungslicht-Optikfaser 34, die angrenzend daran angeordnet ist, ausbreitet, und durch Umgeben der Signallicht-Optikfaser 35 mit einer Vielzahl von Anregungslicht-Optikfasern für Seitenpumpen, kann eine größere Menge an Anregungslicht in der Signallicht-Optikfaser 35 absorbiert werden. Da das Anregungslicht 33 sowohl aus der Seite des HRFBG 19 der Signallicht-Optikfaser 35 als auch aus der Seite eines Ausgangskoppler-Faser-Bragg-Gitters (OCFBG) 20 auf der Laserlichtausgabeseite eingeführt werden kann, kann die Anzahl von Anregungs-LDMs 22 vergrößert werden, mit dem Ergebnis, dass die Ausgabe des Faserlaser-Oszillators 17 steigt.
  • <Neunte Ausführungsform>
  • 11 ist eine schematische Ansicht, welche die Konfiguration eines Faserlaser-Oszillator in einer Faserlasereinrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 11 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, wo eine, die Zentrumslinie von zwei Anregungslicht-Optikfasern 34, 34, auf welche eine schleifenförmige Optikfaser 1 angewendet wird, beinhaltende Ebene der Querschnitt ist. In dem Teil einer Amplifikations-Optikfaser 18 ist eine Signallicht-Optikfaser 35 hinter den Anregungslicht-Optikfasern 34 angeordnet. Wie in der vorliegenden Ausführungsform, indem eine Seitenpumpenstruktur in eine Vielzahl von Teilen unterteilt wird und die Teile so angeordnet werden, dass sie versetzt sind, wird es einfach, Wärme, die durch die Absorption von Anregungslicht erzeugt wird, in den Kern 10 der Signallicht-Optikfaser 35 zu disspipieren. Folglich wird das Erreichen einer Betriebsgrenze aufgrund eines Anstiegs bei der Temperatur des Teils der Seitenpumpenstruktur leicht verhindert und somit wird es möglich, eine hohe Leistung und hohe Zuverlässigkeit in der Faserlasereinrichtung zu realisieren.
  • <Zehnte Ausführungsform>
  • 12 ist eine schematische Ansicht, welche die Konfiguration des Faserlaser-Oszillators in der Faserlasereinrichtung gemäß der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 12 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, bei der eine, die Zentrumslinie der Front-Anregungslicht-Optikfasern 34, auf welche eine schleifenförmige Optikfaser 1 angewendet wird, beinhaltende Ebene der Querschnitt ist. Im Teil einer Amplifikations-Optikfaser 18 ist eine Signallicht-Optikfaser 35 hinter den Front-Anregungslicht-Optikfasern 34 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Anzahl von Eingangsseiten-Optikfasern 3 im Kombinierer 2 der schleifenförmigen Optikfaser 1 drei und von den zwei Eingangsseiten-Optikfasern 3, 3 von ihnen kann Anregungslicht in eine Seitenpumpenstruktur eintreten. Durch Erhöhen der Anzahl von Eingangsseiten-Optikfasern 3 tritt leicht eine größere Menge von Anregungslicht 33 in die Seitenpumpenstruktur ein, mit dem Ergebnis, dass es einfach wird, die hohe Leistung der Faserlasereinrichtung zu realisieren. Wenn die schleifenförmige Optikfaser 1 auf die Seitenpumpenstruktur angewendet wird, ist die Anzahl von Eingangsseiten-Optikfasern 3 im Kombinierer 2 nicht auf zwei oder drei beschränkt.
  • <Elfte Ausführungsform>
  • 13 ist eine schematische Ansicht, welche die Konfigurationen eines Faserlaser-Oszillators und eines Rückkehrlicht-Eliminierungsmoduls in einer Faserlasereinrichtung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine schleifenförmige Optikfaser 1 auf sowohl das Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul 21 zum Eliminieren von Rückkehrlicht, das aus dem Signallicht-Optikfaser 35 des Faserlaser-Oszillators 17 einen HRFBG 19 passiert, als auch eine Anregungslicht-Optikfaser 34, die an die Signallicht-Optikfaser 35 des Faserlaser-Oszillators 17 angrenzt, angewendet, so dass sie sich parallel dazu erstreckt. In 13, für das leichte Verständnis der Zeichnungen, ist der Faserlaser-Oszillator 17 durch eine schematische Querschnittsansicht gezeigt, in der eine, die Zentrumslinie der Anregungslicht-Optikfaser 34 beinhaltende Ebene der Querschnitt ist, und ist das Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul 21 durch eine schematische Querschnittsansicht gezeigt, in der eine die Zentrumslinie der schleifenförmigen Optikfaser 1 innerhalb des Rückkehrlicht-Eliminierungsmoduls 21 beinhaltende Ebene der Querschnitt ist. Daher entspricht 13 einer Zeichnung, in der 5A und 7, die zuvor beschrieben sind, kombiniert sind.
  • In der Faserlasereinrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, einen lokalen Temperaturanstieg in dem Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul 21 zu verhindern, und es ist auch möglich, vollständig das Rückkehrlicht zu eliminieren und zu verhindern, dass das für den Faserlaser-Oszillator 17 schädliche Rückkehrlicht wieder aus der Seite des HRFBG 19 rückgeführt wird. Weiter, innerhalb des Rückkehrlicht-Eliminierungsmoduls 21, da die Eliminierung (das Leck aus der Optikfaser) des Rückkehrlichts nicht lokal durchgeführt wird, ist es möglich, einen Ausfall zu verhindern, in welchem die Temperatur lokal steigt, um so einen Schaden der schleifenförmigen Optikfaser 1 und des Rückkehrlicht-Eliminierungsmoduls 21 zu beschädigen. Die Temperaturverteilung der Amplifikations-Optikfaser 18 wird gleichförmig und die Wärmeerzeugungsrate und die Temperaturverteilung in Längenrichtung der Amplifikations-Optikfaser wird im Wesentlichen gleichförmig. Selbst ohne Verlängerung der Länge der Faser wird fast das gesamte eintretende Anregungslicht 33 in der Signallicht-Optikfaser 35 absorbiert und somit, während die Amplifikations-Optikfaser 18 eingestellt ist, die angemessenste Länge als der Laser-Oszillator aufzuweisen, kann das Verhältnis des Laserlichts, das nicht zu der Anregung beiträgt, reduziert werden. Daher, da die Ausgabe des Faserlaser-Oszillators 17 unwahrscheinlicher Weise eine Beschränkung empfängt, die aus einer Betriebsgrenze herrührt, die durch einen Anstieg bei der Temperatur der Amplifikations-Optikfaser 18 und dem Auftreten einer nicht-linearen, induzierten Streuung, wie etwa SRS, verursacht wird, kann der Faserlaser-Oszillator 17 effizient Anregung mit dem Hochleistungs-Anregungslicht 33 durchführen, während die Erzeugung von Raman-Streulicht reduziert wird. Daher ist es möglich, eine hoch effiziente Hochleistungs-Faserlasereinrichtung zu realisieren, die zuverlässig ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schleifenförmige Optikfaser
    2
    Kombinierer (von schleifenförmiger Optikfaser)
    3
    Eingangsseiten-Optikfaser (von Kombinierer)
    4
    Ausgangsseiten-Optikfaser (von Kombinierer)
    5
    Eingangsende (von Eingangsseiten-Optikfaser von Kombinierer)
    6
    Ausgangsende (von Ausgangsseiten-Optikfaser von Kombinierer)
    7
    Optikfaser für Verbindung beider Enden
    8
    Eintrittslicht
    9
    Leckbereich, in welchem die Optikfaser zur Verbindung beider Enden betretendes Licht aus der Optikfaser für Verbindung beider Enden nach außerhalb der Optikfaser zur Verbindung beider Enden leckt, Bereich, in welchem Optikfaser für Verbindung mit beiden Enden Lichtleckmittel beinhaltet)
    10
    Kern (jeder Optikfaser)
    11
    Mantel (jeder Optikfaser)
    12
    Faserzulaufbereich (von Kombinierer)
    13
    Eintrittslichtfaser
    14
    Ummantelungsrohr
    15
    Dummy-Faser
    16
    Faserlasereinrichtung
    17
    Faserlaser-Oszillator
    18
    Amplifikations-Optikfaser
    19
    Hochreflektionsfaser-Bragg-Gitter (HRFBG)
    20
    Ausgangskopplerfaser-Bragg-Gitter (OCFBG)
    21
    Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul
    22
    Lasserdiodenmodule (LDM)
    23
    Zulaufendes Faserbündel (TFB)
    24
    Laseroptiksystem
    25
    Zufuhrfaser
    26
    Bearbeitungskopf
    27
    Abgabe-Laserlicht
    28, 28a, 28b
    Lichtdetektionsmittel
    29
    Thermisch leitfähiges Element
    291
    Rille
    30
    Temperatursensor
    31
    Thermisch leitfähiges fixiertes Material
    32
    (Ausgangslaserlichtkombination) Kombinierer
    33
    Anregungslicht
    34
    Anregungslicht-Optikfaser (für Seitenpumpen)
    35
    Signallicht-Optikfaser
    36
    Hülse
    37
    Endoberfläche von Hülse

Claims (14)

  1. Faserlasereinrichtung (16), die einen Faserlaser-Oszillator (17) beinhaltet, der durch Laserlicht aus zumindest einem Laserdiodenmodul (22) angeregt wird, um so Laser-Oszillation durchzuführen, wobei die Faserlasereinrichtung umfasst: eine schleifenförmige Optikfaser (1), die gebildet ist mit: einem Kombinierer (2) und einer Optikfaser (7) zum Verbinden von beiden Enden, wobei der Kombinierer (2) zumindest zwei Eingangsseiten-Optikfasern (3) und eine Ausgangsseiten-Optikfaser (4) aufweist, wobei die beiden Eingangsseiten-Optikfasern (3) jeweils Eingangsenden (5) beinhalten, die mit der Ausgangsseiten-Optikfaser (4) im Kombinierer (2) verbunden sind, wobei die Ausgangsseiten-Optikfaser (4) ein Ausgangsende (6) beinhaltet, wobei die Optikfaser (7) das Ausgangsende (6) der Ausgangsseiten-Optikfaser (4) des Kombinierers (2) mit dem Eingangsende (5) einer der Eingangsseiten-Optikfasern (3) des Kombinierers (2) verbindet, wobei die Optikfaser (7) ein Lichtleckage-Mittel beinhaltet, das so konfiguriert ist, dass eine numerische Apertur, und/oder ein Kerndurchmesser und/oder ein Modusfelddurchmesser der Optikfaser (7) graduell von einer Seite, die mit dem Ausgangsende (6) der Ausgangsseiten-Optikfaser (4) verbunden ist, zu einer Seite, die mit dem Eingangsende (5) der Eingangsseiten-Optikfaser (3) verbunden ist, abnimmt.
  2. Faserlasereinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die schleifenförmige Optikfaser (1) weder mit einem Lichtextraktionsmittel noch mit einem Lichtverzweigungsmittel versehen ist, welche innerhalb der schleifenförmigen Optikfaser (1) sich ausbreitendes Licht aus der schleifenförmigen Optikfaser (1) extrahieren, außer hinsichtlich den Licht-Leckagemitteln.
  3. Faserlasereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Kombinierer eine Beziehung von (einem Durchmesser der gesamten Verzweigung der Eingangsseiten-Optikfasern) × (einer numerischen Apertur der Eingangsseiten-Optikfasern) ≤ (einem Kerndurchmesser der Ausgangsseiten-Optikfaser) × (einer numerischen Apertur der Ausgangsseiten-Optikfaser) erfüllt.
  4. Faserlasereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine erste Relationsformelgruppe gegeben ist durch die drei Relationsformeln NA 1 ≤ NA 2 , D 1 ≤ D 2 und MFD 1 ≤ MFD 2 ,
    Figure DE102019203615B4_0001
    wobei NA1 die numerische Apertur, D1 den Kerndurchmesser und MFD1 einen Modusfelddurchmesser der Ausgangsseiten-Optikfaser (4) in einer Position repräsentieren, in der die Ausgangsseiten-Optikfaser (4) und die Optikfaser (7) miteinander verbunden sind, und NA2 die numerische Apertur , D2 den Kerndurchmesser und MFD2 den Modusfelddurchmesser der Optikfaser (7) an der Position repräsentieren, an welcher die Ausgangsseiten-Optikfaser (4) und die Optikfaser (7) miteinander verbunden sind, wobei eine zweite Relationsformelgruppe gegeben ist durch die drei Relationsformeln NA 3 ≤ NA 4 , D 3 ≤ D 4 und MFD 3 ≤ MFD 4 ,
    Figure DE102019203615B4_0002
    wobei NA3 die numerische Apertur, D3 den Kerndurchmesser und MFD3 den Modusfelddurchmesser der Optikfaser (7)zur Verbindung beider Enden (7) an einer Position repräsentieren, an welcher die Optikfaser (7) und die Eingangsseiten-Optikfaser (3) miteinander verbunden sind, , und NA4 die numerische Apertur, D4 den Kerndurchmesser und MFD4 den Modusfelddurchmesser der Eingangsseiten-Optikfaser (3) an der Position repräsentieren, an welcher die Optikfaser (7) und die Eingangsseiten-Optikfaser (3) miteinander verbunden sind, die schleifenförmige Optikfaser (1) so konfiguriert ist, dass alle Relationsformeln, die in den ersten und zweiten Relationsformelgruppen enthalten sind, erfüllt sind.
  5. Faserlasereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die schleifenförmige Optikfaser (1) eine Vielzahl von Schleifen bildet.
  6. Faserlasereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, wenn die Eingangsseiten-Optikfasern (3) in einer hexagonalen, dicht gepackten Struktur gebündelt sind, die Anzahl von Eingangsseiten-Optikfasern (3) in dem Kombinierer (2) so eingestellt ist, dass eine äußere Querschnittsform des Bündels nahe an einem Kreis ist.
  7. Faserlasereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die schleifenförmige Optikfaser (1) angewandt wird auf ein Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul (21) zum Eliminieren von Rückkehrlicht, welches sich in einer Richtung entgegengesetzt zum Ausgangs-Laserlicht aus einer Signallicht-Optikfaser (35) des Faserlaser-Oszillators (17) ausbreitet, und welches ein hoch reflektierendes Faser-Bragg-Gitter (19) passiert.
  8. Faserlasereinrichtung gemäß Anspruch 7, wobei zumindest ein Teil der schleifenförmigen Optikfaser (1) thermisch mit einem thermisch leitfähigen Bauteil (29) verbunden ist, welches mit einem Wärmeabstrahlungsmittel thermisch verbunden ist.
  9. Faserlasereinrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, umfassend: ein Lichtdetektionsmittel (28), welches Licht detektiert, das aus der Optikfaser zwischen dem Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul (21) und dem hoch reflektierenden Faser-Bragg-Gitter (19) ausleckt.
  10. Faserlasereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die schleifenförmige Optikfaser (1) auf eine Anregungslicht-Optikfaser (34) für ein Seitenpumpen angewendet ist, die so an eine Signallicht-Optikfaser (35) des Faserlaser-Oszillators (17) angrenzt, dass sie sich parallel dazu erstreckt.
  11. Faserlasereinrichtung gemäß Anspruch 10, wobei zumindest ein Teil der Anregungslicht-Optikfaser (34), die angrenzend an der Signallicht-Optikfaser (35) ist, so dass sie sich parallel dazu erstreckt, und die Signallicht-Optikfaser (35) mit einer Hülse (36) abgedeckt ist, die einen niedrigeren Brechungsindex als derjenige eines Mantels der Signallicht-Optikfaser (35) aufweist.
  12. Faserlasereinrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei eine Vielzahl von Anregungslicht-Optikfasern (34) angrenzend an der einen Signallicht-Optikfaser (35) angeordnet ist.
  13. Faserlasereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei eine Vielzahl der Anregungslicht-Optikfasern (34) angrenzend an die eine Signallicht-Optikfaser angeordnet ist, und eine Richtung, in welcher Licht sich durch zumindest eine der Anregungslicht-Optikfasern (34) ausbreitet, entgegengesetzt zu einer Richtung ist, in der Licht sich durch die andere Anregungslicht-Optikfaser (34) ausbreitet.
  14. Faserlasereinrichtung gemäß von einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die schleifenförmige Optikfaser (1) angewandt wird sowohl auf ein Rückkehrlicht-Eliminierungsmodul (21) zum Eliminieren von Rückkehrlicht, welches sich in einer Richtung entgegengesetzt zum Ausgangs-Laserlicht aus einer Signallicht-Optikfaser (35) des Faserlaser-Oszillators (17) ausbreitet und ein hoch reflektierendes Faser-Bragg-Gitter (19) passiert, als auch eine Anregungslicht-Optikfaser (34) für Seitenpumpen, die an die Signallicht-Optikfaser (35) des Faserlaser-Oszillators (17) so angrenzt, dass sie sich parallel dazu erstreckt.
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