JP2002076477A - ファイバーレーザ増幅器およびファイバーレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 集光度が高く高出力で、かつ高品質なレーザ
出力を容易に得ることのできるファイバレーザ増幅器を
提供する。 【解決手段】 活性媒質が添加されたコア部と該コア部
を内包するクラッド部から構成され、ループ状に形成さ
れた活性ファイバー１と、ループ状に形成された活性フ
ァイバー１の一部を複数回内包し、表面は拡散反射面で
構成される貫通穴が設けられるとともに、側面には複数
の開口部１２が形成された集光器１１と、集光器１１の
外部において複数の開口部１２に対応して設けられ、集
光器１２内の活性ファイバー１を側面より励起する励起
光を発する励起光源２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、安定で高品質な
レーザビームを高効率で発生させることができるファイ
バーレーザ増幅器およびこれを用いたファイバーレーザ
加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は、例えば、Proceedings of SPI
E,Volume 3889(2000),p.161のFig.1.1に示されたファイ
バーレーザの概略構成図を示すものである。図１３にお
いて、１はイットリビウム（Ｙｂ）が添加された活性フ
ァイバー、２は活性ファイバー１を励起する半導体レー
ザ、３は半導体レーザ２から発せられたレーザ光、４は
半導体レーザ２のレーザ光３を集光し、活性ファイバー
１へ導光させる集光レンズである。

【０００３】また、５は活性ファイバーから出射される
レーザ光に対しては全反射作用を有し、半導体レーザ２
のレーザ光３に対しては全透過作用を有するミラーであ
り、６は活性ファイバー１から出射されるレーザ光に対
しては部分反射作用を有し、半導体レーザ２のレーザ光
３に対しては全反射作用を有するミラーであって、ミラ
ー５と６は活性ファイバー１を通して光共振器を構成し
ている。また、７はミラー２から部分透過した出力レー
ザ光である。

【０００４】次に、図１３に示された従来のファイバー
レーザの動作について説明する。半導体レーザ２から発
せられたレーザ光３は、集光レンズ４によって集光さ
れ、ミラー５を透過して活性ファイバー１のクラッド部
へと導光される。活性ファイバー１のクラッド部へ導光
された半導体レーザ光３は、活性ファイバー１内を伝搬
する間に、イットリビウム（Yb）が添加された活性ファ
イバー１のコア部を励起する。活性ファイバー１のコア
部はその両端面でミラー５とミラー６によって共振器を
構成しており、ミラー６の部分透過性により活性ファイ
バー１から出力レーザ光７としとて出射される。

【０００５】以上に述べた活性ファイバー１の端面を半
導体レーザ２で励起する方式は、小出力ファイバーレー
ザを作成するうえでは有利である反面、大出力のファイ
バーレーザを作成するうえでは、励起光源となる大出力
の半導体レーザ２の出力光をいかにして活性ファイバー
１の端面に集光するかが課題となる。これを解決するも
のとして、半導体レーザ２の遅軸（slow axis）方向を
９０度回転させて速軸（fast axis）方向に並び変えた
うえで、集光レンズ４で集光させ活性ファイバー１に入
射させる方法がある。なお、この方法については、例え
ば、“ OSA TOPS Vol.10 Advanced SolidState Laser
s，1997 page:390〜393”にて、Keming Du、M.Bauman
n、B.Ehlers、H.G.Treush、P.Loosen等が発表した“ Fi
ber-coupling technique with microstep-mirrors for
high-power diode laser bars ”に記載されている。

【０００６】また、励起光を活性ファイバーの側面から
照射して、高出力なレーザ出力を得るためのファイバー
レーザ装置の従来例が、例えば、実開平１−１３５７５
７号公報に示されている。図１４は、実開平１−１３５
７５７号公報に示されたレーザ装置の構成を示す平面図
であり、また、図１５は図１４のＸーＸでの断面図であ
る。図１４および図１５において、１００は多数の光フ
ァイバーを束ねて形成されたレーザ媒体、１００ａはレ
ーザ媒体１００の出力側端面に形成された一部透過鏡、
１００ｂはレーザ媒体１００のもう一方の端面に形成さ
れた全反射鏡であって、これらはによってレーザ共振光
路が形成されている。

【０００７】２００は透光性管体であって、両端部はシ
ーリングされており、レーザ媒体冷却用流体２００ｃの
導入口２００ａおよび排出口２００ｂが設けられてい
る。また、３００は集光装置本体であって、その内部に
円筒形の集光器３００ａが形成されている。また、６０
０は励起用光源である半導体レーザ、５００は半導体レ
ーザからの光を装置本体３００に設けられた開口部に導
光するための光ファイバー、４００は光ファイバー保持
体である。なお、図１４および図１５では装置本体３０
０の片側（左側）にのみ励起光源である半導体レーザ６
００や光ファイバー５００を配置した例を示している
が、実開平１−１３５７５７号公報には両側に配置され
た例も示されている。

【０００８】図１４および図１５からも明らかなよう
に、実開平１−１３５７５７号公報に示されたファイバ
ーレーザ装置は、レーザ活性物質を含む複数の光ファイ
バーを束ねて形成したレーザ媒体を透光性管体内に収納
し、この透光性管体内にレーザ媒体冷却用流体を流通さ
せると共に、複数の励起光発生用レーザからのレーザ励
起光を光ファイバーを介してレーザ媒体の側面から該レ
ーザ媒体に入射させるようにした構成を有し、これによ
り高い発振効率を維持しつつ、十分な冷却を可能として
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図１３に示した従来の
ファイバーレーザ装置では、大出力のファイバーレーザ
を得るためには励起光源となる大出力の半導体レーザ２
の出力光を活性ファイバー１の端面に集光しなければな
らないが、このような方法は複雑で部品点数の多い光学
系を限られた空間内で配置する必要があり、さらに調整
方法も半導体レーザ２を構成するエミッタごとに行う必
要がある。さらに、活性ファイバー１のバンドル化（フ
ァイバーを束ねること）を含めた高出力化を考えると、
複雑な光学系が複数個必要となり、かつそれぞれについ
て調整が必要となるので、全行程の簡単化は非常に困難
になる。

【００１０】また、図１４および図１５に示した従来の
ファイバーレーザ装置では、レーザ媒体１００は複数の
光ファイバーが束ねられたものであり、その出光面（即
ち、レーザ媒体１００の出力端面）は大きく、レーザ出
力の集光度は高くない。従って、集光度の高い高出力な
レーザ出力を得るためには、各ファイバー出力をさらに
集光する必要があった。この発明は、上記のような従来
装置の問題点を解決するためになされたものであり、集
光度が高く高出力で、かつ高品質なレーザ出力を容易に
得ることのできるファイバーレーザ増幅器およびこれを
用いたファイバーレーザ加工装置を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係るファイバ
ーレーザ増幅器は、活性媒質が添加されたコア部と該コ
ア部を内包するクラッド部から構成され、ループ状に形
成された活性ファイバーと、ループ状に形成された活性
ファイバーの一部を複数回内包し、表面は拡散反射面で
構成される貫通穴が設けられるとともに、側面には複数
の開口部が形成された集光器と、集光器の外部において
複数の開口部に対応して設けられ、集光器内の活性ファ
イバーを側面より励起する励起光を発する励起光源とを
備えたものである。

【００１２】また、この発明に係るファイバーレーザ増
幅器は、集光器の貫通穴において、少なくとも１個以上
の冷却用フローチューブが挿入されているものである。

【００１３】また、この発明に係るファイバーレーザ増
幅器は、集光器の開口部に導光光学素子を備えたもので
ある。

【００１４】また、この発明に係るファイバーレーザ増
幅器の導光光学素子は、励起光が全反射条件を満たすよ
うな光学薄膜が側面に施されていることを特徴とするも
のである。

【００１５】また、この発明に係るファイバーレーザ増
幅器の導光光学素子は、レンズ状に分布した屈折率を有
し、励起光を開口部周辺または活性ファイバー周辺まで
内部全反射により導光することを特徴とするものであ
る。

【００１６】また、この発明に係るファイバーレーザ増
幅器の導光光学素子は、励起光源と一体化して構成され
ていることを特徴とするものである。

【００１７】また、この発明に係るファイバーレーザ増
幅器の開口部は、少なくとも２個以上存在し、開口部の
それぞれの位置は集光器に内包されている活性ファイバ
ーの軸方向から見て少なくとも１個所で変化しているこ
とを特徴とするものである。

【００１８】また、この発明に係るファイバーレーザ増
幅器の励起光源は、半導体レーザであることを特徴とす
るものである。

【００１９】また、この発明に係るファイバーレーザ増
幅器は、活性ファイバーの一端面もしくは両端面に反射
ミラーを設置し、該反射ミラーを用いて光共振器を構成
したことを特徴とするものである。

【００２０】また、この発明に係るファイバーレーザ加
工装置は、ファイバーレーザ増幅器から発生されるレー
ザビームを被加工物に照射するように構成されたファイ
バーレーザ加工装置において、ファイバーレーザ増幅器
が請求項１乃至９のいずれか１項に記載のファイバーレ
ーザ増幅器であることを特徴とするものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
一実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１
はこの発明の実施の形態１によるファイバーレーザ増幅
器の構成を示す図であり、図１（ａ）は横断面構成図、
図１（ｂ）は縦断面構成図、図１（ｃ）は集光器を横方
向から見た側面構成図である。図１において、１は、そ
のコア部に、活性媒質、例えばイットリビウム（Yb）が
添加された活性ファイバー、２は励起用のレーザ光（励
起光）を出力する励起光源である半導体レーザ、３は半
導体レーザ２からのレーザ光（励起光）、７は活性ファ
イバー１から出力される出力レーザ光である。

【００２２】また、１１は集光器であって、集光器１１
には活性ファイバー１を内包する貫通穴１０が設けら
れ、貫通穴１０の表面は拡散反射面で構成されている。
さらに、集光器１１は複数の集光器ブロックを活性ファ
イバー１の軸方向に複数個並べて構成されている。例え
ば、図１（ａ）の例では、集光器１１が３個の集光器ブ
ロックで構成されている場合を示している。１２は集光
器１１を構成する各集光器ブロックの側面の一部に設け
られた開口部、１３は集光器１１を保持する側板、１４
は側板１３を固定するための基台である。なお、活性フ
ァイバー１は、その中央部にはレーザ光が閉じ込められ
て伝搬する領域であるコア部と、このコア部より屈折率
が低く、コア部を取り囲む領域であるクラッド部とで構
成されている。また、活性ファイバー１のクラッド部
は、一層ではなく、屈折率が異なる複数層のクラッド部
で構成されてもよい。

【００２３】次に、動作について説明する。活性ファイ
バー１は、内面が拡散反射面よりなる、例えばセラミッ
ク製の集光器１１内の開口部１２から導光された半導体
レーザ２から発せられるレーザ光３により励起される。
活性ファイバー１の両端面は、わずかながら活性ファイ
バー１から発せられる励起されたレーザ光に対して反射
率を有するので、活性ファイバー１の両端面の間を往復
するうちに増幅され、指向性のあるレーザビームとな
り、活性ファイバー１の端面から増幅されたレーザ光と
して取り出される。図１では活性ファイバー１の片端面
Ａに全反射コートを施すことにより、部分反射する片端
面Ｂから出力レーザ光７の取り出しを可能としている。

【００２４】このような構成において、活性ファイバー
１により吸収されなかった半導体レーザ２のレーザ光
（励起光）３は、活性ファイバー１を通過後、集光器１
１の貫通穴１０の表面で拡散反射し、再び活性ファイバ
ー１を均一に励起する。この拡散反射の効果により、広
い範囲の波長を持つ励起光源を使用でき、また波長の制
御も厳密にする必要がない。その結果、半導体レーザ
（励起光源）２の製造における歩留まりを上げ、簡単な
構成でかつ安価な装置が実現できる。

【００２５】本実施の形態によるファイバーレーザ増幅
器は、上述したように活性ファイバー１を効率良く均一
に励起することができる。また、励起光を励起光の発散
角やビーム品質に関係ない拡散反射状のビームに変換し
て、活性ファイバーを励起することができる構成とした
ので、励起光の発散状態や、発振モード、開口部の入射
位置にほとんど影響されずに活性ファイバーを励起する
ことができる。

【００２６】さらに、活性ファイバー１は貫通穴１０の
拡散反射面によって均一に励起されるので、励起光が局
所的に集中することによって生じるホットスポット現象
は生じず、容易に高出力化が可能になる。さらに、活性
ファイバー１に添加される希土類元素に、例えば良く用
いられるネオジウム（Ｎｄ）を選択した場合、活性ファ
イバーの一部のみを励起することとで容易に高出力化で
きるので、このような希土類元素を添加した活性ファイ
バーの使用は本構成に最も適している。

【００２７】なお、本発明によるファイバーレーザ増幅
器は、図１（ａ）および図１（ｂ）から明らかなよう
に、１本の連続した活性ファイバー１をループ状に束
ね、集光器１１内で活性ファイバー１の一部が複数回通
過する（図１の例では７回通過しているが、ループが１
つの場合でも２回通過）ように構成したことを特徴とし
ている。従って、活性ファイバー１は集光器１１内で複
数回側面励起されるので、簡単な構成でありながら非常
に高効率に励起され、高出力なレーザ出力を得ることの
できるファイパーレーザ増幅器を容易に実現できる。ま
た、１本の活性ファイバー端面から出力されるので、出
力レーザ光の集光度も非常に優れている。即ち、本発明
によるファイバーレーザ増幅器によれば、集光度が高
く、かつ、高出力なレーザ出力を簡単な構成で容易に実
現できる。

【００２８】なお、図１に示した実施例では、活性ファ
イバー１を冷却する構造について示していないが、図２
（ａ）、（ｂ）に示すように、集光器１１の貫通穴１０
内において活性ファイバー１を内包するようなフローチ
ューブ１５と１６を挿入し、これらのフローチューブ１
５、１６に冷却用の流体を注入することにより、活性フ
ァイバー１と集光器１１内面を冷却し、さらなる高出力
化が可能となる。また、図２ではフローチューブ形状は
丸形のものを示したが、図３に示すように矩形状であっ
ても良い。また、図１では半導体レーザ２を活性ファイ
バー１の側面に複数個対称に配置する構成を示したが、
これに限るものではなく１つでも良い。

【００２９】また、図１に示した実施例では、ループ状
に束ねられた活性ファイバー１の一部を励起する構成を
示したが、図４に示すようにループ状に束ねられた活性
ファイバー１の全体を束ねて、その大部分を集光器１１
内へ挿入したり、図５に示すようにループ状に束ねられ
た活性ファイバー１に沿って複数の励起ヘッド１７（即
ち、図１に示したファイバーレーザ増幅器と同等のも
の）を配置すれば、さらに高出力化が図れる。

【００３０】また、図１に示した実施例では、集光器１
１の交換や、各半導体レーザ２のビーム入射位置の調整
が容易なように、集光器１１は複数のブロックに分割し
て活性ファイバー１の軸方向に並べ、各集光器ブロック
に開口部１２を設ける構成を示したが、１つの一体化さ
れた集光器に複数の開口部を設けても良い。さらに、図
１に示した実施例では、活性ファイバー１を側面から励
起することにより、活性ファイバー１自身からレーザ光
が出射されるファイバーレーザ発振器として説明した
が、これに限らず、図６に示すように活性ファイバー１
の一方の端面から種になるレーザ光１８を注入し、その
レーザ光１８を増幅する増幅器として用いても良い。こ
こで１９は種になるレーザ光１８を発振するレーザ発振
器である。

【００３１】実施の形態２．図７は、この発明の実施の
形態２によるファイバーレーザ増幅器の構成を示す縦断
面図である。図において、１は活性ファイバー、２は半
導体レーザ（励起光源）、３は半導体レーザ２からのレ
ーザ光（励起光）、１１は活性ファイバー１を囲む（即
ち、内包する）ように貫通穴１０が設けられ、貫通穴１
０の表面が拡散反射面よりなる集光器であり、集光器１
１は図１ （ａ）に示したように集光器ブロックを活性
ファイバー１の軸方向に複数個並べて構成されている。
また、１２は集光器ブロックの側面に形成された開口
部、１４は基台である。

【００３２】さらに、２１は開口部内に設置された板状
の導光光学素子であって、例えば、サファイヤまたはド
ープされていないイットリウムアルミニウムガーネット
（ＹＡＧ）からなる半導体レーザ２のレーザ光３を集光
器１１内に導光する。導光光学素子２１の端面にはレー
ザ光３に対する無反射コートが施されており、レーザ光
３はそとんど損失することなく集光器１１内部へと導か
れる。導光光学素子２１は、さらに半導体レーザ２のレ
ーザ光３の空間分布を導光過程で均一化する作用も有す
る。レーザ光３の空間分布を均一化して集光器１１内に
導くと、集光器１１の拡散反射による活性ファイバー１
の励起の均一化効果を高めることができる。

【００３３】なお、導光光学素子２１として、側面に施
した光学薄膜による全反射によりレーザ光３を導光する
光学素子を用いても同様の効果が得られる。また、導光
光学素子２１として、内部の屈折率が滑らかに変化して
レンズ作用によりレーザ光３を導光する光学素子、例え
ば光ファイバーを用いて構成しても同様の効果が得られ
る。この場合、半導体レーザ２のビーム品質を保持した
ままレーザ光３を導光することができるため、レーザ光
３を導光する光学素子２１の長さに影響されずに安定し
た品質のレーザ光３を集光器１１内に導光することがで
き、活性ファイバー１の励起分布を安定にすることがで
きる。

【００３４】また、導光光学素子２１を用いると、集光
器１１に設けられた開口部１２を導光光学素子２１によ
り閉塞できるため、集光器１１の貫通穴１０に直接冷却
剤を流して、フローチューブ１５の役割を兼ねることも
可能になる。さらに、導光光学素子２１は半導体レーザ
２と同一パッケージ内に一体化して配置しても良く、半
導体レーザ２と導光光学素子２１の位置調整状態を保持
したままで活性ファイバー１の側面への入射位置の変更
が容易にできる。

【００３５】実施の形態３．図８は、この発明の実施の
形態３によるファイバーレーザ増幅器の構成を示す図で
あり、図８（ａ）は横断面構成図、図８（ｂ）は縦断面
構成図、図８（ｃ）は集光器を横方向から見た側面構成
図である。図において、１は活性ファイバー、２は半導
体レーザ（励起光源）、３は半導体レーザ２からのレー
ザ光（励起光）、７は出力レーザ光、１１は活性ファイ
バー１を囲む（即ち、内包する）ように貫通穴１０が設
けられ、貫通穴１０の表面が拡散反射面よりなる集光器
であり、集光器１１は集光器ブロックを活性ファイバー
１の軸方向に複数個並べて構成されている。また、１２
は集光器１１の側面の一部に開けられた開口部、１３は
集光器１１を保持する側板、１４は側板１３を固定する
基台である。

【００３６】図８に示すように、本実施の形態によるフ
ァイバーレーザ増幅器では、集光器１１の各集光器ブロ
ックに設けられた開口部１２の位置が高さ方向で変化し
ており、従って、半導体レーザ２の設置位置も高さ方向
で変化している。この実施例では、対向する２個の半導
体レーザ２を活性ファイバー１の軸方向に３組、合計６
個配置しており、活性ファイバー１への半導体レーザ２
の入射位置が活性ファイバー１の軸方向から見て特定の
場所に集中しないように均等に近くなるようにしてい
る。このように、軸方向から見た半導体レーザ２の入射
を均等にすることにより、活性ファイバー１断面内の増
幅率も均等になり、高品質なレーザビームの発生が容易
となる。

【００３７】活性ファイバー１への入射位置の均一化を
図るために、図８では各段に２個の半導体レーザ２を配
置する構成を示したが、集光器１１の側面に設けられた
開口１２を複数個備えるとともに、その活性ファイバー
１の軸方向から見た位置がそれぞれの開口部１２の少な
くとも１個所で変化していれば、活性ファイバー１断面
内の増幅率の均等性は格段に改善される。

【００３８】実施の形態４．前述の実施の形態１〜３に
おいては、励起光源として半導体レーザ２を用い、か
つ、集光器１１に設けられた開口部１２もしくは導光光
学素子２１に直接導光する例を示したが、これに限るも
のではなく、例えば、イオンレーザなどの他の励起源を
用いても良いし、あるいは図９に示すように面状に発光
するパルス半導体レーザ４１の光を集光レンズ４２を用
いて、開口部１２に導光する構成も考えられる。また、
上記実施例では集光レンズ４２を用いて集光する例を示
したが、図１０に示すようにダクト状の形状を有するダ
クトレンズ４３を用いても同様の効果が得られる。

【００３９】実施の形態５．図１１は、この発明の実施
の形態５によるファイバーレーザ増幅器の構成を示す図
である。図において、１は活性ファイバー、７は出力レ
ーザ光、１１は活性ファイバー１を囲む（即ち、内包す
る）ように貫通穴１０が設けられ、貫通穴１０の表面が
拡散反射面よりなる集光器であり、集光器１１は集光器
ブロックを活性ファイバー１の軸方向に複数個並べて構
成されている。また、１３は集光器１１を保持する側
板、１４は側板１３を固定する基台である。また、図示
はされていないが、図１に示した実施の形態１の場合と
同様に、集光器１１を構成する複数の集光器ブロックの
両側面にはそれぞれ開口部１２が設けられるとともに、
各開口部１２に対応して半導体レーザ２が配置され、半
導体レーザ２から出射された励起用のレーザ光３が開口
部１２に入射される。

【００４０】さらに、５１は活性ファイバー１の端面近
傍に設けられ、活性ファイバー１内で励起されたレーザ
光に対して全反射をなす全反射ミラー、５２は性ファイ
バー１のもう一方の端面近傍に設けられ、活性ファイバ
ー１内で励起されたレーザ光に対して部分反射をなす部
分反射ミラーである。全反射ミラー５１と部分反射ミラ
ー５２は活性ファイバー１を挟んで共振器を構成してお
り、集光器１１の開口部１２から照射されたレーザ光３
によって励起された活性ファイバー１はレーザ光を発生
させるとともに、その発生したレーザ光はミラー５１と
５２の間を往復して共振して増幅され、その一部がレー
ザ出力として部分反射ミラー５２より出射される。

【００４１】実施の形態６．図１２は、上述の実施の形
態１〜５に示したファイバーレーザ増幅器をレーザ発振
器として用いたファイバーレーザ加工装置の構成を示す
図である。図において、６１は、例えば実施の形態１に
よるファイバーレーザ増幅器（発振器）であって、１は
活性ファイバー、１１は貫通穴１０を有した集光器、１
３は側板、１４は基台である。また、６２は集光レン
ズ、６３は被加工材料である。なお、ファイバーレーザ
増幅器６１は、実施の形態１の構成に限られるものでは
なく、前述した実施の形態１乃至５のいずれであっても
よい。

【００４２】次に、動作について説明する。ファイバー
レーザ増幅器（発振器）６１から出射されたレーザビー
ム（即ち、出力レーザ光）は、集光レンズ６２で集光ビ
ームに変換され、被加工材料６３上に照射される。この
ように構成されたファイバーレーザ加工装置のファイバ
ーレーザ増幅器６１は、集光度が高く、かつ、高出力な
レーザ出力を簡単な構成で容易に実現できるとともに、
集光レンズ６２まで出力レーザ光を導光するのに、活性
ファイバー１自身を使うことができるので、高効率伝送
が可能となるとともに、部品点数が少なく安価なファイ
バーレーザ加工装置を提供できる。

【００４３】

【発明の効果】この発明に係るファイバーレーザ増幅器
によれば、活性媒質が添加されたコア部と該コア部を内
包するクラッド部から構成され、ループ状に形成された
活性ファイバーと、ループ状に形成された活性ファイバ
ーの一部を複数回内包し、表面は拡散反射面で構成され
る貫通穴が設けられるとともに、側面には複数の開口部
が形成された集光器と、集光器の外部において複数の開
口部に対応して設けられ、集光器内の活性ファイバーを
側面より励起する励起光を発する励起光源とを備えてい
るので、活性ファイバーを効率良く均一に安定して励起
することができるとともに、活性ファイバーはその側面
の一部が少なくとも２回以上、集光器内で励起されるよ
うに束ねられているので、簡単な構成でありながら集光
度が高く、かつ、高出力化の図られレーザ光を出力する
ファイバーレーザ増幅器を容易に実現することができ
る。

【００４４】また、 この発明に係るファイバーレーザ
増幅器は、集光器の貫通穴において、少なくとも１個以
上の冷却用フローチューブが挿入されているので、活性
ファイバーを冷却することが可能となり、さらに高出力
化を図ることが可能となる。

【００４５】また、この発明に係るファイバーレーザ増
幅器は、集光器の開口部に導光光学素子を備えたので、
励起光を効率よく集光器内へ導入することが可能とな
り、励起光の強度分布を均一にするとともに、更に効率
よくレーザ光を増幅することができる。

【００４６】また、この発明に係るファイバーレーザ増
幅器の導光光学素子は、励起光が全反射条件を満すよう
な光学薄膜が側面に施されているので、励起光を効率よ
く集光器内へ導入することが可能となり、励起光の強度
分布を均一にするとともに、更に効率よくレーザ光を増
幅することができる。

【００４７】また、この発明に係るファイバーレーザ増
幅器の導光光学素子は、レンズ状に分布した屈折率を有
し、励起光を開口部周辺または活性ファイバー周辺まで
内部全反射により導光するので、励起光源のビーム品質
を保持したまま励起光を集光器内に導光することがで
き、励起光を導光する光学素子の長さに影響されずに安
定した品質の励起光を集光器内に導光することができ、
活性ファイバーの励起分布を安定にすることができる。

【００４８】また、この発明に係るファイバーレーザ増
幅器の導光光学素子は、励起光源と一体化して構成され
ているので、励起光源と導光光学素子の位置調整状態を
保持したままで活性ファイバー側面への励起光入射位置
の変更が容易にできる。

【００４９】また、この発明に係るファイバーレーザ増
幅器の開口部は、少なくとも２個以上存在し、開口部の
それぞれの位置は、集光器に内包されている活性ファイ
バーの軸方向から見て少なくとも１個所で変化している
ので、軸方向から見た励起光の入射を均等にすることが
でき、活性ファイバー断面内の増幅率も均等になり、高
品質なレーザビームの発生が容易となる。

【００５０】また、この発明に係るファイバーレーザ増
幅器の励起光源は、半導体レーザであることを特徴とす
るので、高効率な励起が可能となる。

【００５１】また、この発明に係るファイバーレーザ増
幅器は、活性ファイバーの一端面もしくは両端面に反射
ミラーを設置し、該反射ミラーを用いて光共振器を構成
しているので、活性ファイバーの励起状態にとって最適
な共振器構成を取ることが可能になり、容易に高出力化
することができる。

【００５２】また、この発明に係るファイバーレーザ加
工装置は、ファイバーレーザ増幅器から発生されるレー
ザビームを被加工物に照射するように構成されたファイ
バーレーザ加工装置において、ファイバーレーザ増幅器
が請求項１乃至９のいずれか１項に記載のファイバーレ
ーザ増幅器であることを特徴とするので、集光度が高
く、かつ、高出力化の図られたファイバーレーザ増幅器
からの出力レーザ光を被加工物に近接して配置される集
光レンズまで導光するのに、活性ファイバー自身を使う
ことができ、ファイバーレーザ増幅器から被加工物まで
の出力レーザ光の高効率伝送が可能となり、部品点数が
少なく簡単な構成でありながら高出力・高効率なファイ
バーレーザ加工装置を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１によるファイバーレーザ増幅器
の構成を示す図である。

【図２】 実施の形態１によるファイバーレーザ増幅器
において、冷却用のフローチューブを挿入した場合の構
成を示す図である。

【図３】 図２の変形例を示す図である。

【図４】 実施の形態１によるファイバーレーザ増幅器
の構成の変形例を示す図である。

【図５】 実施の形態１によるファイバーレーザ増幅器
の構成の変形例を示す図である。

【図６】 実施の形態１によるファイバーレーザ増幅器
の構成の変形例を示す図である。

【図７】 実施の形態２によるファイバーレーザ増幅器
の構成を示す図である。

【図８】 実施の形態３によるファイバーレーザ増幅器
の構成を示す図である。

【図９】 実施の形態４によるファイバーレーザ増幅器
の構成を示す図である。

【図１０】 実施の形態４によるファイバーレーザ増幅
器の変形例の構成を示す図である。

【図１１】 実施の形態５によるファイバーレーザ増幅
器の変形例の構成を示す図である。

【図１２】 本発明によるファイバーレーザ加工装置の
構成を示す概念図である。

【図１３】 従来のファイバーレーザ増幅器の構成を示
す図である。

【図１４】 他の従来のファイバーレーザ増幅器の構成
を示す図である。

【図１５】 図１４のＸ−Ｘ線における断面図である。

【符号の説明】

１ 活性ファイバー ２ 半導体レーザ（励
起光源） ３ レーザ光（励起光） ７ 出力レーザ光 １０ 貫通穴 １１ 集光器 １
２ 開口部 １３ 側板 １４ 基台 １
５ フローチューブ １６ フローチューブ １７ 励起ヘッド １
８ レーザ光 １９ レーザ発振器 ２１ 導光光学素子 ４１ パルス半導体レーザ ４２ 集光レンズ ４３ ダクトレンズ ６１ ファイバーレー
ザ増幅器 ６２ 集光レンズ ６３ 被加工材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今野 進 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 古田 啓介 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 安井 公治 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 小島 哲夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 瀬口 正記 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F072 AB07 AK06 JJ04 KK01 KK30 YY06

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性媒質が添加されたコア部と該コア部
   を内包するクラッド部から構成され、ループ状に形成さ
   れた活性ファイバーと、 ループ状に形成された上記活性ファイバーの一部を複数
   回内包し、表面は拡散反射面で構成される貫通穴が設け
   られるとともに、側面には複数の開口部が形成された集
   光器と、 上記集光器の外部において上記複数の開口部に対応して
   設けられ、上記集光器内の上記活性ファイバーを側面よ
   り励起する励起光を発する励起光源とを備えたことを特
   徴とするファイバーレーザ増幅器。
2. 【請求項２】 集光器の貫通穴において、少なくとも１
   個以上の冷却用フローチューブが挿入されていることを
   特徴とする請求項１に記載のファイバーレーザ増幅器。
3. 【請求項３】 集光器の開口部に導光光学素子を備えた
   ことを特徴とする請求項第１項または２のいずれかに記
   載のファイバーレーザ増幅器。
4. 【請求項４】 導光光学素子は、励起光が全反射条件を
   満たすような光学薄膜が側面に施されていることを特徴
   とする請求項３に記載のファイバーレーザ増幅器。
5. 【請求項５】 導光光学素子は、レンズ状に分布した屈
   折率を有し、励起光を開口部周辺または活性ファイバー
   周辺まで内部全反射により導光することを特徴とする請
   求項３に記載のファイバーレーザ増幅器。
6. 【請求項６】 導光光学素子は、励起光源と一体化して
   構成されていることを特徴とする請求項第３に記載のフ
   ァイバーレーザ増幅器。
7. 【請求項７】 開口部は、少なくとも２個以上存在し、
   上記開口部のそれぞれの位置は、集光器に内包されてい
   る活性ファイバーの軸方向から見て少なくとも１個所で
   変化していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
   か１項に記載のファイバーレーザ増幅器。
8. 【請求項８】 励起光源は、半導体レーザであることを
   特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のファ
   イバーレーザ増幅器。
9. 【請求項９】 活性ファイバーの一端面もしくは両端面
   に反射ミラーを設置し、該反射ミラーを用いて光共振器
   を構成することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか
   １項に記載のファイバーレーザ増幅器。
10. 【請求項１０】 ファイバーレーザ増幅器から発生され
    るレーザビームを被加工物に照射するように構成された
    ファイバーレーザ加工装置において、上記ファイバーレ
    ーザ増幅器が請求項１乃至９のいずれか１項に記載のフ
    ァイバーレーザ増幅器であることを特徴とするファイバ
    ーレーザ加工装置。