JP2005236226A - ファイバレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアホール型ダブルクラッドファイバを用いて比較的簡易に構成できるとともに、耐パワー性を向上でき、かつ高出力の可能なファイバレーザ装置を提供する。
【解決手段】エアホール型ダブルクラッドファイバ５と励起レーザ光源２とを備えたファイバレーザ装置１において、エアホール型ダブルクラッドファイバの入射端に取り付けられた平面研磨コネクタ７と、励起レーザ光源からの出力ファイバの出力端に取り付けられたコネクタ６との間に、エアホール型ダブルクラッドファイバ５における誘導放出光を反射し、かつ励起レーザ光源からの励起光を透過するフィルタ４を挟み込む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばラマン増幅用の励起光源などに使用されるＷ級のファイバレーザ装置に関する。

この種のファイバレーザ装置においては、ダブルクラッドファイバが利用されている。ダブルクラッドファイバとしては、コアの外周側に配置された励起用クラッドとしての第１クラッドと、この第１クラッドの外周側に配置された第２クラッドとからなるものが知られており、第２クラッドの素材として合成樹脂材を利用するものが周知である（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−３５８３８８

しかしながら、樹脂製クラッドが励起用クラッドを覆うように設けられた周知構成のものでは、樹脂が励起光のクラッドの役割をになっているため、（ａ）コネクタ化及びコネクタによる接続が困難である、（ｂ）第１クラッド部分に半田付けができなかったため接続箇所での気密封止が十分に行えない、（ｃ）パワー耐性が低いので所望の高い光パワーの光伝搬が行えない、（ｄ）第１クラッド内の励起光がコアに交差しないスキュー光となりやすい、（ｅ）開口数（ＮＡ）を大きくすることが困難であるなどの問題点があった。

そこで、これら（ａ）〜（ｅ）の問題点を解決し得るものとして、ダブルクラッドファイバを樹脂の第２クラッドでなく、多数の気泡を第２クラッドとするエアホール型光ファイバが提案されている。このエアホール型光ファイバは、半田付けが可能であるから、気密封止可能であり、パワー耐性が高いものにでき、円形状のクラッドであってもエアークラッドにより励起光をランダムに散乱でき、さらに開口数を大きくできるなどの利点がある。

しかしながら、このようなエアホール型ダブルクラッドファイバを用いる場合においても次のような問題点があった。すなわち、（ｆ）エアホール層の周囲にサポート層が存在するためファイバ径が全体として大きなものとなり、他のファイバとの融着接続を行うのに、接続箇所近傍では融着時の熱によりエアホール層が消滅してしまうおそれがあり、そのようにエアホール層が消滅してなくなるとエアホール層による光の第１クラッド内への閉じ込めが良好に行えない、（ｇ）したがって、他の光ファイバとの融着接続を行うには熟練を要する、（ｈ）全ファイバ型レーザ装置を構成する場合には、エアホールによるＵＶ光の散乱が起こるためコアへのファイバグレーディング書き込みが困難なことから共振器の形成が困難であるなどの問題があった。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであって、エアホール型ダブルクラッドファイバを用いて比較的簡易に構成できるとともに、耐パワー性を向上でき、かつ高出力の可能なファイバレーザ装置を提供するものである。

本発明に係るファイバレーザ装置は、エアホール型ダブルクラッドファイバと励起レーザ光源とを備えたファイバレーザ装置において、前記エアホール型ダブルクラッドファイバの入射端に取り付けられたコネクタと、前記励起レーザ光源からの出力ファイバの出力端に取り付けられたコネクタとの間に、前記エアホール型ダブルクラッドファイバにおける誘導放出光を反射し、かつ前記励起レーザ光源からの励起光を透過するフィルタを挟み込むことを特徴とすることを特徴とする。

本発明に係るファイバレーザ装置によれば、フィルタが共振器ミラーの役割だけでなく、エアホール型ダブルクラッドファイバで発生する誘導放出光が励起光源に戻るのを防止しているから、効率良くレーザを発生させることができるとともに、エアホール型ダブルクラッドファイバから出力されるレーザのパワーも非常に高いものにできる。

本発明に係るファイバレーザ装置は、前記エアホール型ダブルクラッドファイバの入射端に取り付けられたコネクタの前記フィルタに臨む端面は平面研磨されていることが好ましい。この場合、平面研磨された端面は、フィルタに対してエアホール型ダブルクラッドファイバのコアの部分がそれよりも外周側のクラッドやコーティング材などよりも凹んで位置するものとなっているから、そのコアとフィルタとの間には幾分隙間が生じた状態で接続されることになる。したがって、コアとフィルタとが接触していると、その接触箇所に光エネルギーが集中して損傷するなどの不具合が発生するおそれがあるのに対して、接触していないことで溶着などの不具合を回避でき、耐パワー性を向上させることができる。

本発明に係るファイバレーザ装置の前記フィルタは、厚さが１〜５０μｍの基板レスフィルタであることが好ましい。

本発明によれば、フィルタが共振器ミラーの役割だけでなく、エアホール型ダブルクラッドファイバで発生する誘導放出光が励起光源に戻るのを防止しているから、効率良くレーザを発生させることができるとともに、エアホール型ダブルクラッドファイバから出力されるレーザのパワーも非常に高いものにできる。また、エアホール型ダブルクラッドファイバの入射端に取り付けられたコネクタの前記フィルタに臨む端面は平面研磨されていると、その平面研磨された端面は、フィルタに対してエアホール型ダブルクラッドファイバのコアの部分がそれよりも外周側のクラッドやコーティング材などよりも凹んで位置するものとなっているから、そのコアとフィルタとの間には幾分隙間が生じた状態で接続されることになり、コアとフィルタとが接触していないことで損傷などの不具合を回避でき、耐パワー性を向上させることができる。

以下、本発明に係るファイバレーザ装置の実施形態を、図１ないし図４を参照して詳細に説明する。図１は、ファイバレーザ装置の一例を示す説明図であり、であり、図２は、図１のファイバレーザ装置で用いたエアホール型ダブルクラッドファイバの軸に直交する方向での断面図、図３は、図１のフィルタ近傍を示す断面図、図４は、図１の構成のファイバレーザ装置による実施例での励起光出力とレーザ出力との関係を示すグラフである。

図１を参照して、１は、ファイバレーザ装置、２は、励起光源としてのマルチモードレーザ、３は、マルチモード光ファイバ、４は、エッジフィルタ、５は、エアホール型ダブルクラッドファイバ（以下、エアホール型ＤＣＦと称する）である。

マルチモードレーザ２は、半導体レーザ（レーザダイオード）である。この実施形態においては、励起光となる波長０．９８μｍのレーザを出力するマルチモードレーザ２は、コア径φ１００μｍ、開口数ＮＡ０．２のマルチモード光ファイバ３に結合され、このマルチモード光ファイバ３端のＦＣコネクタ６から出力される。エアホール型ＤＣＦ５は、図２に示すように、ポンピングガイド径１００／７５μｍのＤ型、開口数ＮＡ０．５であり、両端にそれぞれＦＣコネクタ７，８が取り付けられている。すなわち、このエアホール型ＤＣＦ５は、Ｙｂを添加（ドープ）したコア９を中心に有し、コア９の周りに第１クラッド１０を設け、この第１クラッド１０の周りに断面形状Ｄ字状に形成した多数の気泡からなるエアホール層（いわゆるエアクラッド）の第２クラッド１１を設け、さらにこの第２クラッド１１の外周にサポート層１２を設け、このサポート層１２の外周に保護コーティング層１３を設けている。第２クラッド１１を断面形状Ｄ字の長手方向径が１００μｍであり、短手方向径が７５μｍである。このように第２クラッド１１が異径形状とすることで、スキュー光の発生の抑制効果が非常に高いものとなっている。なお、エアクラッドとなる第２クラッド１１は、その断面形状が円形のリング状でもよい。

図１，３を参照して、エアホール型ＤＣＦ５のＦＣコネクタ７の片端とマルチモード光ファイバ３のＦＣコネクタ６とをエッジフィルタ４を介してアダプタ内で嵌合することにより、エッジフィルタ４を介してエアホール型ＤＣＦ５へ励起光を入射している。厚みを２０μｍ以下に抑えた基板レスタイプのエッジフィルタ（株式会社ニコン製）を用いることで、嵌合部における励起光結合効率の低下を７７％に抑制できた。なお、マルチモード光ファイバ３は例えば１００μｍφであり、エアホール型ＤＣＦ５は例えば２５０μｍφである。

このエッジフィルタ４は励起光を透過し、波長１．０６４μｍの光を９９．９９９％以上反射する特性を有する。したがって、本ファイバレーザ装置１における共振器は、エッジフィルタ４とエアホール型ＤＣＦ５の出射端面とにおけるフレネル反射を行う機能を利用した構成となっている。また、エッジフィルタ４は共振ミラーの役割だけでなく、エアホール型ＤＣＦ５で発生する誘導放出光が励起光源のマルチモードレーザ２に戻るのを防止する役割も果たしている。

ここで、重要なこととして、図３に示すように、エアホール型ＤＣＦ５のＦＣコネクタ７の端面はＰＣ研磨でなく平面研磨にしている。このように平面研磨されていることによって、エアホール型ＤＣＦ５のＦＣコネクタ７の端面は、コア９に近いほど凹む形状となっている。なお、図３においては、理解しやすいようにエアホール型ＤＣＦ５のＦＣコネクタ７の端面の平面研磨された凹状部分を大きな曲率の湾曲面で図示している。したがって、嵌合状態でのエアホール型ＤＣＦ５のＦＣコネクタ７の端面におけるとコア９、第１クラッド１０および第２クラッド１１、エッジフィルタ４とが、１〜３μｍ程度の空隙を間においた状態となっている。このように、エアホール型ＤＣＦ５のＦＣコネクタ７の端面とエッジフィルタ４との間に僅かな空隙が作成されていることで、空隙がないと高い光パワーの入力があると互いの接触箇所で損傷が生じるおそれがあるのに対して、その損傷が生じないものにできるので、耐パワー性が向上するものとなっている。

なお、エッジフィルタ４の厚さとしては、１μｍ〜５０μｍの範囲のものが好ましい。その厚さが１０μ〜３０μの範囲のものがさらに好ましく、その厚さが１５μ〜２５μの範囲のものがより一層好ましい。

上記実施形態で説明した本ファイバレーザ装置１の発振特性を測定した。その測定結果を図４に示している。図４は、マルチモードファイバ３のＦＣコネクタ６端における励起光出力を横軸に、エアホール型ＤＣＦ５のシングルモードコア出射端面からの１．０６４μｍの横単一モードレーザ出力を縦軸に表している。図４から発振閾値は０．１７Ｗ、スロープ効率は６３％と計算された。

このようにエアホール型ダブルクラッドファイバ５と基板レスフィルタ４を用いることにより高効率なＷ級レーザを熟練を要することなく、容易に構成できるものとなった。

ファイバレーザ装置の一例を示す説明図 図１のファイバレーザ装置で用いたエアホール型ダブルクラッドファイバの軸に直交する方向での断面図 図１のフィルタ近傍を示す断面図 図１の構成のファイバレーザ装置による実施例での励起光出力とレーザ出力との関係を示すグラフ

符号の説明

１ ファイバレーザ装置
２ 励起レーザ光源
４ フィルタ
５ エアホール型ダブルクラッドファイバ
６ コネクタ
７ 平面研磨コネクタ

Claims (3)

1. エアホール型ダブルクラッドファイバと励起レーザ光源とを備えたファイバレーザ装置において、
   前記エアホール型ダブルクラッドファイバの入射端に取り付けられたコネクタと、前記励起レーザ光源からの出力ファイバの出力端に取り付けられたコネクタとの間に、前記エアホール型ダブルクラッドファイバにおける誘導放出光を反射し、かつ前記励起レーザ光源からの励起光を透過するフィルタを挟み込むことを特徴とするファイバレーザ装置。
2. 請求項１に記載のファイバレーザ装置において、
   前記エアホール型ダブルクラッドファイバの入射端に取り付けられたコネクタの前記フィルタに臨む端面は平面研磨されていることを特徴とするファイバレーザ装置。
3. 請求項１または２に記載のファイバレーザ装置において、
   前記フィルタは、厚さが１〜５０μｍの基板レスフィルタであることを特徴とするファイバレーザ装置。

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