JP2005303166A - 光ファイバ端面構造、光ファイバレーザ及びレーザ加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高出力レーザ光を出力する光ファイバの端面損傷を防止する低コストの端面構造の提供。
【解決手段】 光ファイバ21の出射端面にコアレスファイバ25が融着接続され、該コアレスファイバの周囲にコアレスファイバの屈折率よりも高い屈折率を有する被覆材24が設けられたことを特徴とする光ファイバ端面構造。この端面構造において、コアレスファイバの長さを、光ファイバから出射されコアレスファイバ中を伝播する光がコアレスファイバの側面に一度も到達せずにコアレスファイバから出射されるような長さに設定することが好ましい。
【選択図】 図3
【解決手段】 光ファイバ21の出射端面にコアレスファイバ25が融着接続され、該コアレスファイバの周囲にコアレスファイバの屈折率よりも高い屈折率を有する被覆材24が設けられたことを特徴とする光ファイバ端面構造。この端面構造において、コアレスファイバの長さを、光ファイバから出射されコアレスファイバ中を伝播する光がコアレスファイバの側面に一度も到達せずにコアレスファイバから出射されるような長さに設定することが好ましい。
【選択図】 図3
Description
本発明は、レーザ光を出射する光ファイバ端面構造、その端面構造を有する光ファイバレーザ及び該光ファイバレーザを搭載したレーザ加工装置に関する。
近年、レーザは加工機や医療機器、測定器などのさまざまな分野で利用されるようになってきている。特に加工機の分野においては、レーザ光が集光性に優れ、パワー密度の高い微小なビームスポットが得られるため精密加工が可能であること、また、非接触加工であるのでワークへのダメージが少ないこと、レーザ光の吸収可能な硬い物質への加工も可能であることから用途が拡大している。具体的には溶接、切断、マーキング、微細加工などである。
従来、これらの加工用レーザには用途に応じて炭酸ガスをレーザ媒体とした炭酸ガスレーザや、Nd:YAG結晶を利得媒質とした固体レーザやそのレーザ光を非線形光学結晶を用いて波長変換したレーザなどが使用されている。
その一方で、ErやNd、Yb、Ho、Tmなどの希土類元素を添加した石英ガラスやフッ化物ガラスをホストガラスとした光ファイバ(以下、希土類添加光ファイバという。)をレーザ媒質とした光ファイバレーザが最近注目を集めている。光ファイバレーザは高効率でレーザ光を発生でき、レーザ媒質が光ファイバであるため表面積が大きく空冷で動作できるため装置がコンパクトにでき、レーザ媒質とレーザ光伝播媒質が同じにできるといった利点を有しており、加工機や医療機器などに利用されている。
このような分野において利用されるレーザの出力パワーは、用途に応じて平均出力が数kW以上もあるようなレーザが使用されるが、光ファイバレーザは平均出力が100W以下の比較的低出力な用途(マーキング等)で実用化されている。
従来、これらの加工用レーザには用途に応じて炭酸ガスをレーザ媒体とした炭酸ガスレーザや、Nd:YAG結晶を利得媒質とした固体レーザやそのレーザ光を非線形光学結晶を用いて波長変換したレーザなどが使用されている。
その一方で、ErやNd、Yb、Ho、Tmなどの希土類元素を添加した石英ガラスやフッ化物ガラスをホストガラスとした光ファイバ(以下、希土類添加光ファイバという。)をレーザ媒質とした光ファイバレーザが最近注目を集めている。光ファイバレーザは高効率でレーザ光を発生でき、レーザ媒質が光ファイバであるため表面積が大きく空冷で動作できるため装置がコンパクトにでき、レーザ媒質とレーザ光伝播媒質が同じにできるといった利点を有しており、加工機や医療機器などに利用されている。
このような分野において利用されるレーザの出力パワーは、用途に応じて平均出力が数kW以上もあるようなレーザが使用されるが、光ファイバレーザは平均出力が100W以下の比較的低出力な用途(マーキング等)で実用化されている。
図1は、一般的なパルスファイバレーザ装置の概略構成を示す図である。この光ファイバレーザは、主に励起部と共振器部で構成される。励起部は、励起光源1及び集光レンズ3から構成されており、励起光源1から出力された励起光2は集光レンズ3を介して入射端面5に集光され、レーザ媒質である希土類添加光ファイバ6に入射される。共振器部は、希土類添加光ファイバ6、共振器ミラー4、出力カプラ11、コリメートレンズ8、Qスイッチ10などから構成される。共振器ミラー4には、励起光2は反射せず、レーザ光は反射するような特性を持った誘電体多層膜が設けられ、また出力カプラ11は、レーザ光の一部は反射し、残りは透過するような特性を持った誘電体多層膜が設けられる。希土類添加光ファイバ6は、所望の出力特性が得られるように長さが調整されており、その両端は光学研磨が施されている。希土類添加光ファイバ6に入射された励起光2は、希土類添加光ファイバ6のコアに添加された希土類元素に吸収され、励起光2を吸収した希土類元素は特定の波長の光を放出する。希土類元素から放出された光は希土類添加光ファイバ6中を増幅されながら伝播し、出射端面7から出射される。出射端面7からの出射光9は、コリメートレンズ8でコリメートされ、Qスイッチ10によって所望のパルス形状となり、出力カプラ11によって一部が反射される。反射された出射光9は、再び希土類添加光ファイバへと入射され、共振器ミラー4で反射され、出射端面7から出射される動作を繰り返しながら、共振器中を往復する。1往復する間に出力光9が受ける損失よりも多く増幅されれば、出力カプラ11からレーザ光12が出力される。またQスイッチ10を用いなければ連続光レーザとして出力される。
このとき、希土類添加光ファイバは、そのコア直径が一般的に数μm〜数十μmであることから、光ファイバ内を伝播する光のパワー密度は非常に高くなる。例えば、出力が1kWでコア径が10μmの場合、コアから出力する光のパワー密度はおよそ1.3GW/cm2にも達する。このような高パワー密度では、ごみや汚れの付着による焼き付きから光ファイバ端面が破壊されてしまい、致命的な損傷を受ける可能性がある。このように、図1に示すファイバレーザにおいては、出射端面7で端面損傷が生じることがあり、レーザ出力の高出力化を妨げる大きな要因になっている。
このような端面損傷を防止するためには、出射端面7におけるパワー密度を低下させる、すなわちスポット径を拡大させればよいことが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
図2は、その具体的な端面構造を例示する図であり、光ファイバ13はフェルール15に接着固定され、コア14を含む光ファイバ端面が光学研磨される。光ファイバ13がセットされたフェルール15は、さらにキャピラリ16の途中まで挿入され、このキャピラリ16の残りの中空部には光学充填剤17、例えば紫外線(UV)硬化樹脂が充填されている。このような構造とすると、光ファイバ13からの出射光は、光学充填剤17中をスポット径を広げながら伝播し、光学充填剤17の端面に到達したときにはコア径よりも大きなスポット径を有するようになる。例えば、光学充填剤17の端面におけるスポット径がコア径の2倍であったとすると、光学充填剤17端面でのパワー密度は光ファイバ13端面でのパワー密度の4分の1に下げることができ、パルス光、連続光を問わずにより高出力なレーザ出力でも焼き付きを防止することができる。
図2は、その具体的な端面構造を例示する図であり、光ファイバ13はフェルール15に接着固定され、コア14を含む光ファイバ端面が光学研磨される。光ファイバ13がセットされたフェルール15は、さらにキャピラリ16の途中まで挿入され、このキャピラリ16の残りの中空部には光学充填剤17、例えば紫外線(UV)硬化樹脂が充填されている。このような構造とすると、光ファイバ13からの出射光は、光学充填剤17中をスポット径を広げながら伝播し、光学充填剤17の端面に到達したときにはコア径よりも大きなスポット径を有するようになる。例えば、光学充填剤17の端面におけるスポット径がコア径の2倍であったとすると、光学充填剤17端面でのパワー密度は光ファイバ13端面でのパワー密度の4分の1に下げることができ、パルス光、連続光を問わずにより高出力なレーザ出力でも焼き付きを防止することができる。
また、パルスレーザの場合には出力パルスの尖頭値が高いことが望まれるが、尖頭値を高くするためには希土類添加光ファイバ端面において信号光に対する無反射処理を施すことが重要となる。例えば図1に示すような装置では、希土類添加光ファイバに励起光が入射されると、希土類添加光ファイバのコアに添加された希土類イオンが励起され、反転分布が形成される。このとき希土類添加光ファイバの出射端面に無反射処理が施されていなければ、希土類イオンから放出された自然放出光が出射端面で反射され、その反射光がコア内を伝播する間に増幅され、場合によってはレーザ発振してしまい、反転分布を低下させることになる。一方、出射端面に無反射処理が施されている場合においても、やはり自然放出光の発生とその増幅が生じるが、レーザ発振にはいたらず、反転分布は高く保つことができる。この状態でQスイッチの損失を急激に小さくすると、出力カプラからの反射光が希土類添加光ファイバを伝播することにより一気にレーザ発振が起こり、尖頭値の高いパルスを得ることができる。一般的には、光ファイバ端面にレーザ光を反射しない特性を持った誘電体多層膜を設けることで無反射処理が施される。
特開2002−40271号公報
しかしながら、図2に示す従来技術による光ファイバ端面構造では、光ファイバ端面での反射を防止するために、光ファイバと屈折率の等しい光学充填剤を使用しなければならず、材料選択の自由度が低く、高価な充填剤が必要となり、その結果製品コストが上昇してしまう問題があった。
また紫外線硬化樹脂を使用する場合には、図2中に示す光学充填剤17の長さLが長いと、紫外光が樹脂内部まで届かず、十分な硬化ができないことや、気泡などの存在により完全に光学的に連続した状態を実現するのは困難であり、また樹脂自体の耐光パワー性が低く、樹脂が燃焼してしまうといった問題があった。
さらに、無反射処理として誘電体多層膜を設ける場合には、真空プロセスが必要となり、作製に時間がかかり、高コストになる問題があった。
また紫外線硬化樹脂を使用する場合には、図2中に示す光学充填剤17の長さLが長いと、紫外光が樹脂内部まで届かず、十分な硬化ができないことや、気泡などの存在により完全に光学的に連続した状態を実現するのは困難であり、また樹脂自体の耐光パワー性が低く、樹脂が燃焼してしまうといった問題があった。
さらに、無反射処理として誘電体多層膜を設ける場合には、真空プロセスが必要となり、作製に時間がかかり、高コストになる問題があった。
本発明は前記事情に鑑みてなされ、高出力レーザ光を出力する光ファイバの端面損傷を防止する低コストの端面構造、その端面構造を有する光ファイバレーザ及び該光ファイバレーザを搭載したレーザ加工装置の提供を目的とする。
前記目的を達成するため、本発明は、光ファイバの出射端面にコアレスファイバが融着接続され、該コアレスファイバの周囲にコアレスファイバの屈折率よりも高い屈折率を有する被覆材が設けられたことを特徴とする光ファイバ端面構造を提供する。
本発明の光ファイバ端面構造において、コアレスファイバの長さを、光ファイバから出射されコアレスファイバ中を伝播する光がコアレスファイバの側面に一度も到達せずにコアレスファイバから出射されるような長さに設定することが好ましい。
本発明の光ファイバ端面構造において、光ファイバとコアレスファイバが同一材料であることが好ましい。
本発明の光ファイバ端面構造において、光ファイバとコアレスファイバが石英系光ファイバ又はフッ化物系光ファイバであることが好ましい。
本発明の光ファイバ端面構造において、被覆材が紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂であることが好ましい。
本発明の光ファイバ端面構造において、被覆材の出射光の波長における光減衰率が50%以上であることが好ましい。
本発明の光ファイバ端面構造において、光ファイバが希土類添加光ファイバであることが好ましい。
本発明の光ファイバ端面構造において、希土類添加光ファイバがダブルクラッド構造を有していることが好ましい。
本発明の光ファイバ端面構造において、希土類添加光ファイバの添加元素が、Er,Yb,Ho,Tm,Ndからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
また本発明は、前述した本発明に係る光ファイバ端面構造を有する光ファイバレーザを提供する。
本発明の光ファイバレーザは、パルス光を出力することが好ましい。
また本発明は、前述した本発明に係る光ファイバレーザを搭載したレーザ加工装置を提供する。
本発明の光ファイバ端面構造において、コアレスファイバの長さを、光ファイバから出射されコアレスファイバ中を伝播する光がコアレスファイバの側面に一度も到達せずにコアレスファイバから出射されるような長さに設定することが好ましい。
本発明の光ファイバ端面構造において、光ファイバとコアレスファイバが同一材料であることが好ましい。
本発明の光ファイバ端面構造において、光ファイバとコアレスファイバが石英系光ファイバ又はフッ化物系光ファイバであることが好ましい。
本発明の光ファイバ端面構造において、被覆材が紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂であることが好ましい。
本発明の光ファイバ端面構造において、被覆材の出射光の波長における光減衰率が50%以上であることが好ましい。
本発明の光ファイバ端面構造において、光ファイバが希土類添加光ファイバであることが好ましい。
本発明の光ファイバ端面構造において、希土類添加光ファイバがダブルクラッド構造を有していることが好ましい。
本発明の光ファイバ端面構造において、希土類添加光ファイバの添加元素が、Er,Yb,Ho,Tm,Ndからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
また本発明は、前述した本発明に係る光ファイバ端面構造を有する光ファイバレーザを提供する。
本発明の光ファイバレーザは、パルス光を出力することが好ましい。
また本発明は、前述した本発明に係る光ファイバレーザを搭載したレーザ加工装置を提供する。
本発明の光ファイバの端面構造によれば、希土類添加光ファイバなどのレーザ光を出射する光ファイバの出射端面にコアレスファイバを融着接続し、その周囲に屈折率の高い被覆材を設けるだけで、耐光パワー性が高く、かつ特別な無反射処理を必要とせずにピークパワーの高いパルスを得ることが可能である。
以下、図面を参照して本発明の光ファイバ端面構造の実施形態を説明する。
図3〜5は本発明の光ファイバ端面構造の一実施形態を示す図であり、図3は光ファイバ端面構造の断面図、図4は光ファイバ端面からの光の広がりを示す断面図、図5はコアレスファイバ25の端面で反射した反射光の拡散状態を示す断面図である。これらの図中、符号21は希土類添加光ファイバ、22はコア、23はクラッド、24は被覆材、25はコアレスファイバ、26は希土類添加光ファイバ端面、27は出射端面、28はレーザ光、29は反射光を示す。
図3〜5は本発明の光ファイバ端面構造の一実施形態を示す図であり、図3は光ファイバ端面構造の断面図、図4は光ファイバ端面からの光の広がりを示す断面図、図5はコアレスファイバ25の端面で反射した反射光の拡散状態を示す断面図である。これらの図中、符号21は希土類添加光ファイバ、22はコア、23はクラッド、24は被覆材、25はコアレスファイバ、26は希土類添加光ファイバ端面、27は出射端面、28はレーザ光、29は反射光を示す。
この光ファイバ端面構造は、希土類添加光ファイバ21の出射端面にコアレスファイバ25を融着接続し、コアレスファイバ25の周囲に、コアレスファイバ25の屈折率よりも大きな屈折率を有する被覆材24を設けた構成になっている。希土類添加光ファイバ端面26に融着接続されたコアレスファイバ25の長さLは、希土類添加光ファイバ21から出射されたレーザ光28が、図4に示すように、コアレスファイバ25内を伝播する間に、コアレスファイバ25と被覆材24の境界に一度も到達しない長さに設定されている。また、希土類添加光ファイバ21とコアレスファイバ25は同一材料で作られている。
希土類添加光ファイバ21は、ホストガラスがフッ化物ガラスで、コア22とその外周のクラッド23とからなっており、希土類添加光ファイバ端面26からレーザ光28が出力される。希土類添加光ファイバ端面26には、希土類添加光ファイバ21と同一材質のコアレスファイバ25が融着されており、その出射端面27は光学研磨されている。希土類添加光ファイバ21と同一材料のコアレスファイバ25を融着するので、耐パワー性の問題が無く、気泡なども存在しない。また、コアレスファイバ25の外周と、融着接続部付近の希土類添加光ファイバ21の外周面には、被覆材24が設けられている。
希土類添加光ファイバ端面26から出射されたレーザ光28は、図4に示すように、光軸に対してNA/n(ここで、NAは希土類添加光ファイバ21のコア22の開口数、nはコアレスファイバ25の屈折率を表す。)の角度で広がりながら、コアレスファイバ25内を伝播し、出射端面27に達する。
図5に示すように、出射端面27に達したレーザ光は、その大部分が出射端面27から出射されるが、一部は反射されて反射光29となって、さらに広がりながらコアレスファイバ25内を伝播し、コアレスファイバ25と被覆材24の境界面へと達する。
このとき、被覆材24の屈折率がコアレスファイバ25の屈折率より高ければ、境界面に達した光は被覆材24へと抜けることとなる。すなわち、反射光29の大部分は、境界面から被覆材へと抜けることとなるが、ごく一部の光は再び希土類添加光ファイバ21のコア22に入射され、コア22内を伝播することになる。
このとき、被覆材24の屈折率がコアレスファイバ25の屈折率より高ければ、境界面に達した光は被覆材24へと抜けることとなる。すなわち、反射光29の大部分は、境界面から被覆材へと抜けることとなるが、ごく一部の光は再び希土類添加光ファイバ21のコア22に入射され、コア22内を伝播することになる。
コア22に戻る光は、増幅されながら伝播していくので、希土類添加光ファイバ21の反転分布を劣化させる要因となる。コア22内に戻る光の量は、希土類添加光ファイバ21のコア径をa、出射端面27でのスポット径をrとすると、反射光29が希土類添加光ファイバ端面26まで戻ってきたときのスポット径は、元のコア径のa2/r2倍となり、rはL・tan(NA/n)で表すことができるので、コアレスファイバ25の長さLによって変化することになる。この長さLを適切な長さに設定することで、反転分布への影響をなくすことができ、出射端面に特別な無反射処理を施さなくてもよくなる。
なお、被覆材24の屈折率がコアレスファイバ25の屈折率より低い場合には、コアレスファイバ25と被覆材24の境界面で反射が生じ、被覆材へと光が抜けないので、コアに戻る割合は上述のa2/r2倍よりも大きくなり、反転分布への影響が大きくなる。被覆材24が無い場合(コアレスファイバ25の周囲が空気の場合)やコアレスファイバ25ではなく通常のコアとクラッドを有し、コア内を光が伝播するような光ファイバを用いた場合も同様である。
さらに、被覆材24の屈折率がコアレスファイバ25の屈折率よりも高い場合においても、被覆材24の周囲に設けられる材質が被覆材24の屈折率よりも低ければ、その境界面で反射が生じることとなる。つまり、前述の被覆材24の屈折率がコアレスファイバ25の屈折率より低い場合と同様にコア22に戻る光の割合が増加することとなる。これを防止するために、被覆材24は反射光29の大部分を十分に減衰させることができるだけの厚みを有していることが望ましい。また、被覆材24の表面を粗研磨などして、被覆材24の表面に達した光が散乱するような構造としてもよい。
この光ファイバ端面構造は、希土類添加光ファイバ21の端面にコアレスファイバ25を融着接続し、その周囲に屈折率の高い被覆材24を設けるだけで、耐光パワー性が高く、かつ特別な無反射処理を必要とせずにピークパワーの高いパルスを得ることが可能である。
また本発明は、前述した光ファイバ端面構造を有する光ファイバレーザを提供する。本発明の光ファイバレーザは、例えば、図1に示す前述した一般的な光ファイバレーザの出射端面に前述した本発明に係る光ファイバ端面構造を設けて構成することができる。
本発明の光ファイバレーザは、連続光レーザとすることもできるが、加工性能のよさなどからパルス光を出力する構成とすることが好ましい。
さらに、本発明は前述した本発明に係る光ファイバレーザを搭載したレーザ加工装置を提供する。このレーザ加工装置は、前述した本発明に係る光ファイバレーザを搭載していればよく、駆動装置、集光手段、制御装置などは従来公知のレーザ加工機において用いられているものを適宜選択して適用することができる。
本発明の光ファイバレーザは、連続光レーザとすることもできるが、加工性能のよさなどからパルス光を出力する構成とすることが好ましい。
さらに、本発明は前述した本発明に係る光ファイバレーザを搭載したレーザ加工装置を提供する。このレーザ加工装置は、前述した本発明に係る光ファイバレーザを搭載していればよく、駆動装置、集光手段、制御装置などは従来公知のレーザ加工機において用いられているものを適宜選択して適用することができる。
希土類添加光ファイバとしてエルビウム添加光ファイバを使用した。このエルビウム添加光ファイバは、ダブルクラッド構造を有しており、コア径40μm、第1クラッド径400μm、第2クラッド径530μmである。また、第2クラッドはポリマークラッドであり、融着接続部の第2クラッドは有機溶剤に浸漬することで除去した。コアレスファイバとして直径が280μmのものを使用した。これらの屈折率は1.53である。
また、被覆材には屈折率が1.56の紫外線硬化樹脂を使用した。本実施例では紫外線硬化樹脂を使用したが、これに限るものではなく、熱硬化樹脂なども利用できる。励起光源として980nmのレーザダイオードを使用し、QスイッチとしてAO変調器を使用して、600Hz、Duty20%のパルスが得られるように動作させた。
また、被覆材には屈折率が1.56の紫外線硬化樹脂を使用した。本実施例では紫外線硬化樹脂を使用したが、これに限るものではなく、熱硬化樹脂なども利用できる。励起光源として980nmのレーザダイオードを使用し、QスイッチとしてAO変調器を使用して、600Hz、Duty20%のパルスが得られるように動作させた。
コアレスファイバを融着接続した時(融着あり)と融着接続していない時(融着無し)のレーザ光の出力特性を図6に示す。なお、耐光パワー性を比較するために、融着していない場合の測定では、エルビウム添加光ファイバの出射端面に誘電体多層膜を設けることで無反射処理を施してある。
図6に示すように、コアレスファイバを融着接続しない場合には、ピークパワーが60Wほどでエルビウム添加光ファイバの端面に損傷が生じたため、出力が飽和してしまっている。一方、コアレスファイバを融着接続した場合には希土類添加光ファイバに入射される励起光パワーを増加させるほどレーザ出力も増加し、100Wを超えても損傷が生じていない。
図6に示すように、コアレスファイバを融着接続しない場合には、ピークパワーが60Wほどでエルビウム添加光ファイバの端面に損傷が生じたため、出力が飽和してしまっている。一方、コアレスファイバを融着接続した場合には希土類添加光ファイバに入射される励起光パワーを増加させるほどレーザ出力も増加し、100Wを超えても損傷が生じていない。
また、図7は、コアレスファイバ又はマルチモードファイバを融着し、融着部の長さ(融着接続したコアレスファイバ又はマルチモードファイバの長さL)を変化させた時の出力特性を示したものである。マルチモードファイバは、エルビウム添加光ファイバと同一材質でコア径が300μm、クラッド径が380μmのものを使用した。図7において「コアレス融着」とはコアレスファイバを融着接続した実施例であり、「マルチモード融着」とはマルチモードファイバを融着接続した比較例である。また融着部の長さがゼロとは、融着しない場合のことを示す。
マルチモードファイバを融着した場合(マルチモード融着)は、出射端面からの反射光のエルビウム添加光ファイバ端面でのスポット径がマルチモードファイバのコアよりも小さい場合は、融着部の長さが長いほどコア内に戻る反射光が少なくなるため、ピークパワーは増加する。スポット径がマルチモードファイバのコアより大きくなった場合は、出射端面からの反射光がコア−クラッド界面で反射されるので、コア内に戻る反射光が増加し、ピークパワーは減少する。さらに融着部が長くなり、出射端面におけるスポット径がマルチモードファイバのコアよりも大きくなると、出射端面から出力されるアウトプットカプラで反射されて戻ってくるレーザ光のエルビウム添加光ファイバのコアへの結合効率が低下するため、ピークパワーは減少する。
本実施例で使用したマルチモードファイバの場合は、融着部の長さが430μmで出射端面からの反射光のエルビウム添加光ファイバ端面でのスポット径がマルチモードファイバのコア径と等しくなるので、融着部の長さが430μmまではピークパワーが増加し、430μmより長くなるとピークパワーが低下することになり、実験結果とよく一致している。
一方、コアレスファイバを融着した場合(コアレス融着)は、出射端面からの反射光のエルビウム添加光ファイバ端面でのスポット径がコアレスファイバの径よりも大きくなり、コアレスファイバ−紫外線硬化樹脂界面に到達しても、コアレスファイバよりも紫外線硬化樹脂の屈折率が高いため、界面で反射されることは無く、融着ファイバ長が長いほど出射端面からの反射光がエルビウム添加光ファイバのコア内に戻る光が少なくなる。
しかし、マルチモードファイバの場合と同じく、出射端面におけるスポット径がコアレスファイバの径よりも大きくなると、出射端面から出力されアウトプットカプラで反射されて戻ってくるレーザ光のエルビウム添加光ファイバのコアへの結合効率が低下するため、ピークパワーは減少する。
本実施例で使用したコアレスファイバの場合は、融着部の長さが800μmで出射端面におけるスポット径がコアレスファイバの径と等しくなるので、融着部の長さが800μmまではピークパワーが増加し、800μmより長くなると、ピークパワーが低下することになり、実験結果とよく一致している。
以上より、本発明の構造によれば、希土類添加光ファイバの出射端面にコアレスファイバを融着するだけで、耐光パワー性が高く、かつ特別な無反射処理を必要とせずに、ピークパワーの高いパルスレーザを得ることが可能である。
1…励起光源、2…励起光、3…集光レンズ、4…共振器ミラー、5…入射端面、6…希土類添加光ファイバ、7…出射端面、8…コリメートレンズ、9…出射光、10…Qスイッチ、11…出力カプラ、21…希土類添加光ファイバ、22…コア、23…クラッド、24…被覆材、25…コアレスファイバ、26…希土類添加光ファイバ端面、27…出射端面、28…レーザ光、29…反射光。
Claims (12)
- 光ファイバの出射端面にコアレスファイバが融着接続され、該コアレスファイバの周囲にコアレスファイバの屈折率よりも高い屈折率を有する被覆材が設けられたことを特徴とする光ファイバ端面構造。
- コアレスファイバの長さが、光ファイバから出射されコアレスファイバ中を伝播する光がコアレスファイバの側面に一度も到達せずにコアレスファイバから出射されるように設定されたことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ端面構造。
- 光ファイバとコアレスファイバが同一材料であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光ファイバ端面構造。
- 光ファイバとコアレスファイバが石英系光ファイバ又はフッ化物系光ファイバであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光ファイバ端面構造。
- 被覆材が紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光ファイバ端面構造。
- 被覆材の出射光の波長における光減衰率が50%以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光ファイバ端面構造。
- 光ファイバが希土類添加光ファイバであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の光ファイバ端面構造。
- 希土類添加光ファイバがダブルクラッド構造を有していることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の光ファイバ端面構造。
- 希土類添加光ファイバの添加元素が、Er,Yb,Ho,Tm,Ndからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項7又は8に記載の光ファイバ端面構造。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の光ファイバ端面構造を有する光ファイバレーザ。
- パルス光を出力することを特徴とする請求項10に記載の光ファイバレーザ。
- 請求項10又は11に記載の光ファイバレーザを搭載したレーザ加工装置。
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