JP2007250951A - Double-clad fiber and fiber laser provided therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高出力なファイバレーザに用いられるダブルクラッドファイバに関するものである。 The present invention relates to a double clad fiber used for a high-power fiber laser.
光ファイバの1種であるダブルクラッドファイバは、そのファイバ中心から、光増幅成分として希土類元素がドープされたコアと、そのコアを被覆するように設けられコアより屈折率が低い第1クラッドと、その第1クラッドを被覆するように設けられ第1クラッドより屈折率が低い第2クラッドとを備えている。そして、ダブルクラッドファイバでは、第1クラッドに入射された励起光が第1クラッドと第2クラッドとの界面で反射を繰り返しながら第2クラッドで囲まれた領域を伝搬し、励起光がコアを通過する際にコアにドープされた希土類元素をその最外殻電子が励起した反転分布状態にさせ、その誘導放出によってコアを伝播する光を増幅することができる。 A double clad fiber, which is one type of optical fiber, includes a core doped with a rare earth element as an optical amplification component from the center of the fiber, a first clad provided to cover the core and having a lower refractive index than the core, And a second cladding having a refractive index lower than that of the first cladding. In the double-clad fiber, the excitation light incident on the first cladding propagates through the region surrounded by the second cladding while repeating reflection at the interface between the first cladding and the second cladding, and the excitation light passes through the core. In this case, the rare earth element doped in the core is turned into an inversion distribution state excited by the outermost electrons, and the light propagating through the core can be amplified by the stimulated emission.
例えば、特許文献1では、上記第2クラッドが複数の細孔により形成されたエアクラッド構造を有するダブルクラッドファイバが提案されている。
ところで、ダブルクラッドファイバを用いたファイバレーザでは、例えば、一方のファイバ端に励起光を発するLD(レーザダイオード)が配置され、そのLDからのファイバ端面に入射した励起光が第1クラッドを伝搬する間に、励起光がコアを通過することにより、コア中の希土類元素が励起される。そして、その励起された希土類元素から発振した自然放出光がコアを伝搬した後に他方のファイバ端面から出射される。 By the way, in a fiber laser using a double clad fiber, for example, an LD (laser diode) that emits pumping light is disposed at one fiber end, and the pumping light incident on the fiber end face from the LD propagates through the first cladding. In the meantime, when the excitation light passes through the core, the rare earth element in the core is excited. Then, the spontaneous emission light oscillated from the excited rare earth element propagates through the core and is emitted from the other fiber end face.
また、上記エアクラッド構造を有するダブルクラッドファイバは、第2クラッドが屈折率の低い樹脂により形成された従来のダブルクラッドファイバよりも耐熱性に優れていると共に、第1クラッドと第2クラッドとの屈折率の差を大きくして、開口数を大きく設計することが可能である。 The double clad fiber having the air clad structure is superior in heat resistance to the conventional double clad fiber in which the second clad is formed of a resin having a low refractive index, and the first clad and the second clad. It is possible to design a large numerical aperture by increasing the difference in refractive index.
ところで、高出力なレーザは、近年、宇宙・航空・エレクトロニクスをはじめ、あらゆる産業界の生産加工において重要な技術になっているので、上記のような耐熱性の高いエアクラッド構造のダブルクラッドファイバを用いたファイバレーザにおいても、レーザの高出力化が望まれている。 By the way, in recent years, high-power lasers have become an important technology in production processing in all industries, including space, aviation, and electronics. Also in the used fiber laser, high output of the laser is desired.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、耐熱性の高いエアクラッド構造のダブルクラッドファイバを改良し、従来よりも高出力なファイバレーザを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a fiber laser having a higher output than the conventional one by improving a double-clad fiber having a highly heat-resistant air-clad structure. is there.
上記目的を達成するために、本発明は、エアクラッド構造を有するダブルクラッドファイバにおいて、各ファイバ端面に反射部及び反射膜がそれぞれ設けられている、または、コア、第1クラッド及び第2クラッドの各径が一方のファイバ端から他方のファイバ端に向かって拡径しているようにしたものである。 In order to achieve the above object, according to the present invention, in a double clad fiber having an air clad structure, each fiber end face is provided with a reflection portion and a reflection film, or the core, the first clad, and the second clad. Each diameter expands from one fiber end toward the other fiber end.
具体的に本発明に係るダブルクラッドファイバは、光増幅成分がドープされたコアと、該コアを被覆するように設けられた第1クラッドと、該第1クラッドを被覆するように設けられ上記コアに沿って延びる複数の細孔が形成された第2クラッドとを備え、上記第1クラッドに入射された励起光が上記第1クラッドと第2クラッドとの界面で反射を繰り返しながら上記第2クラッドで囲まれた領域内を伝搬し、上記励起光が上記コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該光増幅成分が上記コアを伝搬する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバであって、一方のファイバ端面には、上記コアを伝搬する光の一部を反射する出射側反射部が設けられ、他方のファイバ端面には、上記出射側反射部で反射されて上記コアを伝搬する光を反射する入射側反射膜が設けられていることを特徴とする。 Specifically, a double clad fiber according to the present invention includes a core doped with an optical amplification component, a first clad provided to cover the core, and the core provided to cover the first clad. A second clad formed with a plurality of pores extending along the first clad, and the excitation light incident on the first clad is repeatedly reflected at the interface between the first clad and the second clad and the second clad Propagating in the region surrounded by the core, the optical amplification component of the core is activated when the excitation light passes through the core, and the optical amplification component is configured to amplify the light propagating through the core. A double-clad fiber, wherein one end face of the fiber is provided with an exit-side reflecting portion that reflects a part of the light propagating through the core, and the other end face of the fiber is reflected by the exit-side reflecting section. Above Wherein the incident side reflection film for reflecting light propagating A is provided.
上記の構成によれば、出射側反射部及び入射側反射膜が各ファイバ端面に直接設けられているので、例えば、ファイバレーザを構成するレンズや励起光源などの光学素子と結合させる際の光学的な調整が容易になる。これに対して、出射側反射部及び入射側反射膜が各ファイバ端面に直接設けられていない場合には、コア径が通常10〜100μm程度なので、高いカップリング効率で光学素子と結合させることが困難である。 According to the above configuration, since the exit-side reflecting portion and the incident-side reflecting film are directly provided on each fiber end surface, for example, when optically coupled with an optical element such as a lens constituting a fiber laser or an excitation light source, Adjustment is easy. On the other hand, when the exit-side reflecting portion and the incident-side reflecting film are not directly provided on each fiber end face, the core diameter is usually about 10 to 100 μm, so that it can be coupled to the optical element with high coupling efficiency. Have difficulty.
したがって、ファイバレーザを構成する光学素子との光学的な調整が容易になるので、耐熱性の高いエアクラッド構造のダブルクラッドファイバを改良し、従来よりも高出力なファイバレーザを提供することが可能になる。 Therefore, since optical adjustment with the optical elements constituting the fiber laser becomes easy, it is possible to improve the air clad structure double clad fiber with high heat resistance and provide a fiber laser with higher output than before. become.
また、好ましい態様としては、双方のファイバ端面が封止及び研磨され、その封止及び研磨されたファイバ両端面に出射側反射部及び入射側反射膜がそれぞれ設けられていてもよい。これによれば、封止及び研磨されていないファイバ両端面、すなわち、カットのみの各クリーブ面に出射側反射部及び入射側反射膜が設けられた場合よりも、出射側反射部及び入射側反射膜のレーザ耐性が向上することになる。 Moreover, as a preferable aspect, both fiber end surfaces may be sealed and polished, and an exit-side reflecting portion and an incident-side reflecting film may be provided on both end surfaces of the sealed and polished fibers. According to this, both the exit side reflection part and the incident side reflection are compared with the case where the exit side reflection part and the incident side reflection film are provided on both end faces of the fiber that are not sealed and polished, that is, each cleaved surface that is cut only. The laser resistance of the film is improved.
また、本発明に係るダブルクラッドファイバは、光増幅成分がドープされたコアと、該コアを被覆するように設けられた第1クラッドと、該第1クラッドを被覆するように設けられ上記コアに沿って延びる複数の細孔が形成された第2クラッドとを備え、上記第1クラッドに入射された励起光が上記第1クラッドと第2クラッドとの界面で反射を繰り返しながら上記第2クラッドで囲まれた領域内を伝搬し、上記励起光が上記コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該光増幅成分が上記コアを伝搬する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバであって、上記コア、第1クラッド及び第2クラッドの各径は、一方のファイバ端から他方のファイバ端に向かって該コア及び第1クラッドが相似形を保ちながら拡径していることを特徴とする。 The double clad fiber according to the present invention includes a core doped with an optical amplification component, a first clad provided to cover the core, and a core provided to cover the first clad. A second clad formed with a plurality of pores extending along the first clad, and the excitation light incident on the first clad is repeatedly reflected at the interface between the first clad and the second clad while being reflected by the second clad. Propagated within the enclosed region, and configured to activate the light amplification component of the core when the excitation light passes through the core, and the light amplification component amplifies the light propagating through the core In the double clad fiber, the diameters of the core, the first clad, and the second clad are increased from one fiber end toward the other fiber end while maintaining the similar shape of the core and the first clad. And said that you are.
上記の構成によれば、コア、第1クラッド及び第2クラッドの各径が一方のファイバ端から他方のファイバ端に向かってそのコア及び第1クラッドが相似形を保ちながら拡径している、言い換えれば、励起光の入射側から長さ方向に沿ってテーパー状に縮径し、また、第2クラッドが複数の細孔を含むエアクラッド構造となっているので、第1クラッドの開口数が励起光の入射側から長さ方向に沿って連続的に高くなる。そのため、第1クラッドを伝搬する励起光の外部への漏れが抑制される。 According to the above configuration, the diameters of the core, the first cladding, and the second cladding are increased from one fiber end toward the other fiber end while maintaining the similar shape of the core and the first cladding. In other words, the diameter of the first cladding is reduced along the length direction from the incident side of the excitation light, and the second cladding has an air cladding structure including a plurality of pores. It becomes continuously higher along the length direction from the incident side of the excitation light. Therefore, leakage of the excitation light propagating through the first cladding to the outside is suppressed.
そして、例えば、一方のファイバ端にコアを伝搬する光の一部を反射するための出射側反射部を設けると共に、他方のファイバ端にその出射側反射部で反射されてコアを伝搬する光を反射する入射側反射膜を設けることにより共振器を構成する場合には、その出射側反射部によって、他方のファイバ端面から第1クラッドに入射した励起光によりコアの内部で発生してコアの内部を一方のファイバ端の方に伝搬する光の一部が反射されると共に、入射側反射膜によって、出射側反射部で反射されて他方のファイバ端の方にコア内を伝搬する光が反射されて一方のファイバ端の方に再び伝搬することになる。これにより、ダブルクラッドファイバのコアを伝搬する光が、出射側反射部と入射側反射膜との間における増幅及び共振によってレーザ発振されると共に、一方のファイバ端のコアから出射されて、ファイバレーザが構成される。 For example, an emission side reflection part for reflecting a part of the light propagating through the core is provided at one fiber end, and the light propagating through the core after being reflected by the emission side reflection part is provided at the other fiber end. When a resonator is configured by providing an incident-side reflecting film that reflects, the exit-side reflecting portion generates the inside of the core by the excitation light incident on the first cladding from the other fiber end surface. A part of the light propagating toward one fiber end is reflected, and the incident-side reflection film reflects the light propagating from the output-side reflecting portion and propagating in the core toward the other fiber end. Will propagate again towards one of the fiber ends. As a result, the light propagating through the core of the double clad fiber is laser-oscillated by amplification and resonance between the exit-side reflecting portion and the entrance-side reflecting film, and is also emitted from the core at one end of the fiber to be a fiber laser. Is configured.
ここで、コアの径が励起光の入射側から長さ方向に沿ってテーパー状に縮径しているので、コア内を伝搬する光のうち、高次モードの光がコア内を伝搬する間に外部に漏れ出して、低次モードの光が出射側反射部と入射側反射膜との間で主に共振することになり、発振されるレーザのビーム品質が向上する。これに対して、コアの径が長さ方向に沿って大きいままの場合には、高次モードの光も共振されてしまうので、ビーム品質が低下するおそれがある。また、コアの径が長さ方向に沿って小さいままの場合には、第1クラッドを伝搬する励起光の吸収係数が低下するおそれがある。 Here, since the diameter of the core is tapered from the incident side of the excitation light along the length direction, the high-order mode light among the light propagating in the core propagates in the core. As a result, the low-order mode light mainly resonates between the exit-side reflecting portion and the incident-side reflecting film, and the beam quality of the oscillated laser is improved. On the other hand, when the diameter of the core remains large along the length direction, the light of the higher order mode is also resonated, so that the beam quality may be deteriorated. Further, when the core diameter remains small along the length direction, the absorption coefficient of the excitation light propagating through the first cladding may be reduced.
また、励起光を入射させる他方のファイバ端の径が一方のファイバ端の径よりも大きくなるので、例えば、励起光を出力する励起光源との結合が容易になる。 Further, since the diameter of the other fiber end on which the excitation light is incident is larger than the diameter of the one fiber end, for example, coupling with an excitation light source that outputs the excitation light is facilitated.
したがって、第1クラッドを伝搬する励起光の外部への漏れが抑制され、ファイバレーザを構成したときに発振されるレーザのビーム品質が向上すると共に、励起光源との結合が容易になるので、耐熱性の高いエアクラッド構造のダブルクラッドファイバを改良し、従来よりも高出力なファイバレーザを提供することが可能になる。 Therefore, the leakage of the pumping light propagating through the first cladding is suppressed, the beam quality of the laser oscillated when the fiber laser is configured is improved, and the coupling with the pumping light source is facilitated. A highly clad air clad structure double clad fiber can be improved to provide a fiber laser with higher output than the conventional one.
上記一方のファイバ端の表面には、上記コアを伝搬する光の一部を反射する出射側反射部が設けられ、上記他方のファイバ端の表面には、上記出射側反射部で反射されて上記コアを伝搬する光を反射する入射側反射膜が設けられていてもよい。 The surface of the one fiber end is provided with an exit-side reflecting portion that reflects part of the light propagating through the core, and the surface of the other fiber end is reflected by the exit-side reflecting portion and is An incident-side reflection film that reflects light propagating through the core may be provided.
上記の構成によれば、一方のファイバ端面に設けられた出射側反射部によって、他方のファイバ端面から第1クラッドに入射した励起光によりコアの内部で発生してコアの内部を一方のファイバ端の方に伝搬する光の一部が反射されると共に、他方のファイバ端面に設けられた入射側反射膜によって、出射側反射部で反射されて他方のファイバ端の方にコア内を伝搬する光が反射されて一方のファイバ端の方に再び伝搬することになる。これにより、ダブルクラッドファイバのコアを伝搬する光が、出射側反射部と入射側反射膜との間における増幅及び共振によってレーザ発振されると共に、一方のファイバ端のコアから出射されて、ファイバレーザが具体的に構成される。 According to the above configuration, the exit-side reflecting portion provided on one fiber end face generates the inside of the core by the excitation light incident on the first clad from the other fiber end face, and the inside of the core passes through the one fiber end face. A part of the light propagating toward the light is reflected, and the light that is reflected by the output-side reflecting portion by the incident-side reflection film provided on the other fiber end face and propagates in the core toward the other fiber end. Is reflected and propagates again toward one fiber end. As a result, the light propagating through the core of the double clad fiber is laser-oscillated by amplification and resonance between the exit-side reflecting portion and the entrance-side reflecting film, and is also emitted from the core at one end of the fiber to be a fiber laser. Is specifically configured.
また、好ましい態様としては、双方のファイバ端面が封止及び研磨され、その封止及び研磨されたファイバ両端面に出射側反射部及び入射側反射膜がそれぞれ設けられていてもよい。これによれば、封止及び研磨されていないファイバ両端面、すなわち、カットのみの各クリーブ面に出射側反射部及び入射側反射膜が設けられた場合よりも、出射側反射部及び入射側反射膜のレーザ耐性が向上することになる。 Moreover, as a preferable aspect, both fiber end surfaces may be sealed and polished, and an exit-side reflecting portion and an incident-side reflecting film may be provided on both end surfaces of the sealed and polished fibers. According to this, both the exit side reflection part and the incident side reflection are compared with the case where the exit side reflection part and the incident side reflection film are provided on both end faces of the fiber that are not sealed and polished, that is, each cleaved surface that is cut only. The laser resistance of the film is improved.
上記一方のファイバ端の表面には、上記コアを伝搬する光を反射する一方側反射膜が設けられ、上記他方のファイバ端の表面には、上記一方側反射膜で反射されて上記コアを伝搬する光の一部を反射する出射側反射部が設けられていてもよい。 The one fiber end surface is provided with a one-side reflecting film that reflects light propagating through the core, and the other fiber end surface is reflected by the one-side reflecting film and propagates through the core. There may be provided an exit-side reflecting portion that reflects part of the light to be transmitted.
上記の構成によれば、一方のファイバ端面に設けられた一方側反射膜によって、他方のファイバ端面から第1クラッドに入射した励起光によりコアの内部で発生してコアの内部を一方のファイバ端の方に伝搬する光が反射されると共に、他方のファイバ端面に設けられた出射側反射部によって、一方側反射膜で反射されて他方のファイバ端の方にコア内を伝搬する光の一部が反射されて一方のファイバ端の方に再び伝搬することになる。これにより、ダブルクラッドファイバのコアを伝搬する光が、出射側反射部と一方側反射膜との間における増幅及び共振によってレーザ発振されると共に、他方のファイバ端のコアから出射されることになる。また、ファイバ径の大きいファイバ端側からレーザが出射し、出射側のファイバ端のコアの径が大きくなるので、レーザのパワー密度が低くなって、出射側反射部のレーザ耐性が向上する。これにより、出射側反射部のレーザ耐性が向上したファイバレーザが具体的に構成される。 According to the above configuration, the one-side reflecting film provided on one fiber end face generates the inside of the core by the excitation light incident on the first clad from the other fiber end face, and the inside of the core passes through the one fiber end face. Part of the light propagating in the core is reflected by the exit-side reflection part provided on the other fiber end face and reflected by the one-side reflection film and toward the other fiber end. Is reflected and propagates again toward one fiber end. As a result, the light propagating through the core of the double clad fiber is laser-oscillated by amplification and resonance between the exit-side reflecting portion and the one-side reflecting film, and is emitted from the core at the other fiber end. . Further, since the laser beam is emitted from the fiber end side having a large fiber diameter and the diameter of the core at the fiber end on the emission side is increased, the power density of the laser is lowered, and the laser resistance of the emission side reflection portion is improved. As a result, a fiber laser with improved laser resistance at the exit-side reflecting portion is specifically configured.
また、好ましい態様としては、双方のファイバ端面が封止及び研磨され、その封止及び研磨されたファイバ両端面に出射側反射部及び入射側反射膜がそれぞれ設けられていてもよい。これによれば、封止及び研磨されていないファイバ両端面、すなわち、カットのみの各クリーブ面に出射側反射部及び入射側反射膜が設けられた場合よりも、出射側反射部及び入射側反射膜のレーザ耐性が向上することになる。 Moreover, as a preferable aspect, both fiber end surfaces may be sealed and polished, and an exit-side reflecting portion and an incident-side reflecting film may be provided on both end surfaces of the sealed and polished fibers. According to this, both the exit side reflection part and the incident side reflection are compared with the case where the exit side reflection part and the incident side reflection film are provided on both end faces of the fiber that are not sealed and polished, that is, each cleaved surface that is cut only. The laser resistance of the film is improved.
上記出射側反射部は、反射膜により構成されていてもよい。 The said exit side reflection part may be comprised with the reflecting film.
上記の構成によれば、例えば、所定波長の光を低反射率で反射する反射膜によって、出射側反射部が具体的に構成される。 According to said structure, the output side reflection part is specifically comprised by the reflecting film which reflects the light of a predetermined wavelength with a low reflectance, for example.
以上のようなダブルクラッドファイバは、特に、ファイバレーザにおいて、本発明の作用効果が有効に奏される。 The double clad fiber as described above is effective particularly in the fiber laser in the operation of the present invention.
本発明によれば、エアクラッド構造を有するダブルクラッドファイバにおいて、各ファイバ端面に反射部及び反射膜がそれぞれ設けられている、または、コア、第1クラッド及び第2クラッドの各径が一方のファイバ端から他方のファイバ端に向かって拡径しているため、耐熱性の高いエアクラッド構造のダブルクラッドファイバを改良し、従来よりも高出力なファイバレーザを提供することができる。 According to the present invention, in a double-clad fiber having an air-clad structure, each fiber end face is provided with a reflective portion and a reflective film, or each of the core, the first clad, and the second clad has one diameter. Since the diameter increases from the end toward the other fiber end, the double-clad fiber having an air-clad structure with high heat resistance can be improved, and a fiber laser with higher output than before can be provided.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
《発明の実施形態1》
図1〜図5は、本発明に係るダブルクラッドファイバ及びそれを備えたファイバレーザの実施形態1を示している。ここで、図1は、本実施形態のダブルクラッドファイバ10aの横断面図であり、図2は、ダブルクラッドファイバ10aの横断面の観察写真である。また、図3は、ダブルクラッドファイバ10aを備えたファイバレーザ30aの概略構成図である。
Embodiment 1 of the Invention
1 to 5 show Embodiment 1 of a double clad fiber and a fiber laser including the same according to the present invention. Here, FIG. 1 is a cross-sectional view of the double clad fiber 10a of the present embodiment, and FIG. 2 is an observation photograph of the cross section of the double clad fiber 10a. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a fiber laser 30a including the double clad fiber 10a.
このダブルクラッドファイバ10aは、図1及び図2に示すように、ファイバ中心となるコア1と、コア1の周囲に設けられた第1クラッド2と、第1クラッド2の周囲に設けられた第2クラッド3と、第2クラッド3の周囲に設けられたサポート層4と、サポート層4の周囲に設けられた低屈折率樹脂層5と、低屈折率樹脂層5の周囲に設けられた保護層6とを備えている。なお、図2では、低屈折率樹脂層5及び保護層6が省略されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the double clad fiber 10 a includes a core 1 that is the center of the fiber, a first clad 2 provided around the core 1, and a first clad 2 provided around the first clad 2. 2 clad 3, support layer 4 provided around second clad 3, low refractive index resin layer 5 provided around support layer 4, and protection provided around low refractive index resin layer 5 Layer 6. In FIG. 2, the low refractive index resin layer 5 and the protective layer 6 are omitted.
また、ダブルクラッドファイバ10aは、図3に示すように、一方のファイバ端面(図3中の右側)に、コア1を伝搬する光の一部を反射する出射側反射部である出射側反射膜12が設けられていると共に、他方のファイバ端面(図3中の左側)に、出射側反射膜12で反射されてコア1を伝搬する光を反射する入射側反射膜11が設けられている。 Further, as shown in FIG. 3, the double clad fiber 10a has an output side reflection film that is an output side reflection part that reflects a part of light propagating through the core 1 on one end face of the fiber (right side in FIG. 3). 12 and an incident-side reflecting film 11 that reflects the light reflected by the emitting-side reflecting film 12 and propagating through the core 1 is provided on the other fiber end face (left side in FIG. 3).
さらに、ダブルクラッドファイバ10aは、図3に示すように、一方のファイバ端(図3中の右側)から他方のファイバ端(図3中の左側)に向かってコア1及び第1クラッド2がほぼ相似形を保ちながら拡径している、言い換えれば、入射側反射膜11から出射側反射膜12に向かってテーパー状に縮径にしている。 Further, as shown in FIG. 3, the double clad fiber 10a has a core 1 and a first clad 2 substantially from one fiber end (right side in FIG. 3) to the other fiber end (left side in FIG. 3). The diameter is increased while maintaining a similar shape, in other words, the diameter is reduced in a tapered shape from the incident-side reflecting film 11 toward the emitting-side reflecting film 12.
コア1は、石英により構成され、光増幅成分として、イッテルビウム(Yb)などの希土類元素がドープされており、第1クラッド2よりも屈折率が高くなっている。また、コア1の直径は、例えば、入射側の端面において150μm程度であり、出射側の端面において60μm程度である。さらに、コアの開口数(NA)は、入射側の端面及び出射側の両端面において0.06程度である。 The core 1 is made of quartz, doped with a rare earth element such as ytterbium (Yb) as an optical amplification component, and has a higher refractive index than the first cladding 2. The diameter of the core 1 is, for example, about 150 μm at the incident side end face and about 60 μm at the emission side end face. Further, the numerical aperture (NA) of the core is about 0.06 on the end face on the incident side and the both end faces on the outgoing side.
第1クラッド2は、ポンプガイドとも呼ばれ、石英により構成されている。また、第1クラッド2の直径は、例えば、入射側の端面において1500μm程度、出射側の端面において600μm程度である。さらに、第1クラッド2のNAは、入射側の端面において0.2程度であり、出射側の端面において0.5程度である。 The first cladding 2 is also called a pump guide and is made of quartz. The diameter of the first cladding 2 is, for example, about 1500 μm at the incident side end face and about 600 μm at the outgoing end face. Furthermore, the NA of the first cladding 2 is about 0.2 at the incident-side end face and about 0.5 at the exit-side end face.
第2クラッド3は、各々、コア1に沿って延びる複数の細孔3aを有し、石英により構成されている。そして、第2クラッド3の屈折率は、複数の細孔3a内の空気の屈折率と、その細孔3a以外の部分の石英の屈折率とが複合したものとなり、第1クラッド2の屈折率、すなわち、石英の屈折率よりも低くなっている。 Each of the second clads 3 has a plurality of pores 3a extending along the core 1 and is made of quartz. The refractive index of the second cladding 3 is a composite of the refractive index of air in the plurality of pores 3a and the refractive index of quartz in portions other than the pores 3a. That is, it is lower than the refractive index of quartz.
サポート層4は、石英により構成されている。また、サポート層4の直径は、例えば、入射側の端面において2500μm程度であり、出射側の端面において1000μm程度である。 The support layer 4 is made of quartz. The diameter of the support layer 4 is, for example, about 2500 μm at the incident side end face and about 1000 μm at the emission side end face.
低屈折率樹脂層5は、例えばシリコン樹脂により構成され、サポート層4よりも屈折率が低くなっている。 The low refractive index resin layer 5 is made of, for example, silicon resin, and has a refractive index lower than that of the support layer 4.
保護層6は、例えば、ETFE(ethylene tetrafluoroethlene copolymer)樹脂により構成されている。 The protective layer 6 is made of, for example, ETFE (ethylene tetrafluoroethlene copolymer) resin.
入射側反射膜11は、Ta2O5及びSiO2などの薄膜を積層して構成されており、例えば、1080nmの光を99.8%反射する光学薄膜である。 The incident-side reflection film 11 is configured by laminating thin films such as Ta 2 O 5 and SiO 2 , and is an optical thin film that reflects, for example, 99.8% of 1080 nm light.
出射側反射膜(出射側反射部)12は、Ta2O5及びSiO2などの薄膜を積層して構成されており、例えば、1080nmの光を5%反射する光学薄膜である。 The emission side reflection film (emission side reflection part) 12 is configured by laminating thin films such as Ta 2 O 5 and SiO 2 , and is an optical thin film that reflects, for example, 5% of 1080 nm light.
上記構成のダブルクラッドファイバ10aは、プリフォームを加熱及び延伸してファイバ状に線引きした後に、ファイバ両端面に薄膜を蒸着することによって作製される。具体的には、以下に一例を挙げて説明する。 The double clad fiber 10a having the above-described configuration is manufactured by heating and stretching a preform to draw a fiber, and then depositing a thin film on both end faces of the fiber. Specifically, an example will be described below.
まず、石英により形成された円筒状のサポート管と、石英により形成され中心軸に沿って所定量のYbがドープされた円柱状のクラッドロッドと、石英により形成された円筒状のキャピラリを複数本とを準備する。 First, a cylindrical support tube made of quartz, a cylindrical clad rod made of quartz and doped with a predetermined amount of Yb along the central axis, and a plurality of cylindrical capillaries made of quartz And prepare.
続いて、サポート管内にクラッドロッド及び複数本のキャピラリを貫通状態に充填してプリフォームを形成する。このとき、サポート管内に複数本のキャピラリが充填されると共に、クラッドロッドがサポート管の中心軸の位置に配置されるようにする。 Subsequently, a clad rod and a plurality of capillaries are filled in a support tube in a penetrating state to form a preform. At this time, the support tube is filled with a plurality of capillaries, and the cladding rod is arranged at the position of the central axis of the support tube.
さらに、形成されたプリフォームを線引き炉で加熱及び延伸してファイバ化する。このとき、延伸する速度を調整して、ファイバをテーパー状に形成する。ここで、プリフォームのクラッドロッドが、ダブルクラッドファイバ10aのコア1及び第1クラッド2に、プリフォームの複数のキャピラリが、ダブルクラッドファイバ10aの第2クラッド3に、プリフォームのサポート管がダブルクラッドファイバ10aのサポート層4になる。 Further, the formed preform is heated and drawn in a drawing furnace to form a fiber. At this time, the fiber is formed in a tapered shape by adjusting the stretching speed. Here, the preform clad rod is formed in the core 1 and the first clad 2 of the double clad fiber 10a, the plurality of preform capillaries are formed in the second clad 3 of the double clad fiber 10a, and the preform support tube is doubled. It becomes the support layer 4 of the clad fiber 10a.
続いて、テーパー状に形成されたファイバの各端面を加熱して各ファイバ端面の細孔3aを封止した後、その封止した各ファイバ端面を砥石などにより研磨する。 Subsequently, each end face of the fiber formed in a tapered shape is heated to seal the pores 3a on the end face of each fiber, and then the end face of each sealed fiber is polished with a grindstone or the like.
その後、テーパー状に形成されたファイバの太い方の封止及び研磨された端面に、電子ビーム蒸着装置、または、イオンアシスト電子ビーム蒸着装置を用いて、複数の薄膜を蒸着して入射側反射膜11を形成する。 Thereafter, a plurality of thin films are deposited on the thick end and polished end face of the tapered fiber by using an electron beam deposition apparatus or an ion assist electron beam deposition apparatus, and the incident side reflection film 11 is formed.
さらに、テーパー状に形成されたファイバの細い方の封止及び研磨された端面に、電子ビーム蒸着装置、または、イオンアシスト電子ビーム蒸着装置を用いて、複数の薄膜を蒸着して出射側反射膜12を形成する。 Further, a plurality of thin films are vapor-deposited on the narrow end and polished end face of the tapered fiber by using an electron beam vapor deposition apparatus or an ion-assisted electron beam vapor deposition apparatus, and the output side reflection film 12 is formed.
最後に、入射側反射膜11及び出射側反射膜12が形成されたファイバのサポート層4の表面に、シリコン樹脂を塗布及び硬化させて低屈折率樹脂層5を形成した後に、低屈折率樹脂層5の表面にEFTE樹脂を塗布及び硬化させて保護層6を形成する。 Finally, a low refractive index resin layer 5 is formed by applying and curing a silicone resin on the surface of the fiber support layer 4 on which the incident side reflection film 11 and the emission side reflection film 12 are formed. The protective layer 6 is formed by applying and curing EFTE resin on the surface of the layer 5.
以上のようにして、本実施形態のダブルクラッドファイバ10aを作製することができる。 As described above, the double clad fiber 10a of this embodiment can be manufactured.
次に、本実施形態のダブルクラッドファイバ10aを備えたファイバレーザ30aについて図3を用いて説明する
このファイバレーザ30aは、図3に示すように、LD(レーザダイオード)20、レンズ21及び上記構成のダブルクラッドファイバ10aが順に並んだ光学装置である。
Next, a fiber laser 30a provided with the double clad fiber 10a of this embodiment will be described with reference to FIG. 3. As shown in FIG. 3, this fiber laser 30a has an LD (laser diode) 20, a lens 21, and the above-described configuration. This is an optical device in which the double clad fibers 10a are arranged in order.
LD20は、例えば、915nm及び940nmの二波長を合成した励起光を出力する励起光源である。 For example, the LD 20 is an excitation light source that outputs excitation light in which two wavelengths of 915 nm and 940 nm are synthesized.
レンズ21は、NAが0.2程度であり、LD20からの励起光26を例えばスポット径1500μmに集光するものである。 The lens 21 has an NA of about 0.2, and condenses the excitation light 26 from the LD 20 to, for example, a spot diameter of 1500 μm.
このファイバレーザ30aでは、LD20からの励起光26が、レンズ21を介して、ダブルクラッドファイバ10aの第1クラッド2に入射し、入射した励起光26が第1クラッド2と第2クラッド3との界面で反射を繰り返しながら第2クラッド3で囲まれた領域内を伝搬し、その励起光26がコア1を通過する際にコア1中の希土類元素を活性化させ自然放出光を発生する。そして、コア1で発生した自然放出光は、コア1の内部を伝搬して出射側反射膜12に達する。ここで、自然放出光のうち、出射側反射膜12の反射波長帯に含まれる波長(1080nm程度)を有するものは反射されて、再び、コア1の内部を伝搬することになる。さらに、出射側反射膜12で反射してコア1の内部を伝搬した光は、入射側反射膜11によって反射されて、再び、コア1の内部を伝搬することになる。そして、ファイバレーザ30aでは、入射側反射膜11及び出射側反射膜12が共振器を形成するので、入射側反射膜11と出射側反射膜12との間で共振が生じ、繰り返し誘導放出されることによりレーザ発振し、レーザ27が取り出される。 In this fiber laser 30 a, the excitation light 26 from the LD 20 is incident on the first cladding 2 of the double clad fiber 10 a through the lens 21, and the incident excitation light 26 is incident between the first cladding 2 and the second cladding 3. Propagating in the region surrounded by the second cladding 3 while repeating reflection at the interface, when the excitation light 26 passes through the core 1, the rare earth element in the core 1 is activated to generate spontaneous emission light. Then, spontaneously emitted light generated in the core 1 propagates through the core 1 and reaches the exit-side reflection film 12. Here, among spontaneously emitted light, light having a wavelength (about 1080 nm) included in the reflection wavelength band of the exit-side reflection film 12 is reflected and propagates inside the core 1 again. Further, the light reflected by the exit-side reflecting film 12 and propagating through the core 1 is reflected by the incident-side reflecting film 11 and propagates through the core 1 again. In the fiber laser 30a, the incident-side reflecting film 11 and the emitting-side reflecting film 12 form a resonator, so that resonance occurs between the incident-side reflecting film 11 and the emitting-side reflecting film 12, and repeated stimulated emission is performed. As a result, laser oscillation occurs and the laser 27 is extracted.
以上説明したように、本実施形態のダブルクラッドファイバ10a及びファイバレーザ30aによれば、コア1、第1クラッド2及び第2クラッド3の各径が一方のファイバ端(図3中の右側)から他方のファイバ端(図3中の左側)に向かってそのコア1及び第1クラッド2が相似形を保ちながら拡径している、言い換えれば、励起光26の入射側(図3中の左側)から長さ方向に沿ってテーパー状に縮径し、また、第2クラッド3が複数の細孔3aを含むエアクラッド構造となっているので、第1クラッド2の開口数が励起光26の入射側(図3中の左側)から長さ方向に沿って連続的に高くなっている。そのため、第1クラッド2を伝搬する励起光26の外部への漏れを抑制することができる。 As described above, according to the double clad fiber 10a and the fiber laser 30a of the present embodiment, the diameters of the core 1, the first clad 2 and the second clad 3 are from one fiber end (the right side in FIG. 3). The diameter of the core 1 and the first cladding 2 is increased toward the other fiber end (left side in FIG. 3) while maintaining a similar shape, in other words, the incident side of the excitation light 26 (left side in FIG. 3). Since the second clad 3 has an air clad structure including a plurality of pores 3a, the numerical aperture of the first clad 2 is made incident on the excitation light 26. It continuously increases along the length direction from the side (left side in FIG. 3). Therefore, leakage of the excitation light 26 propagating through the first cladding 2 to the outside can be suppressed.
そして、ファイバ両端面が封止及び研磨されているので、一方のファイバ端面(図3中の右側)に設けられた出射側反射膜12、及び他方のファイバ端面(図3中の左側)に設けられた入射側反射膜11のレーザ耐性を向上させることができる。 Since both end faces of the fiber are sealed and polished, they are provided on the exit-side reflection film 12 provided on one fiber end face (right side in FIG. 3) and on the other fiber end face (left side in FIG. 3). The laser resistance of the incident-side reflection film 11 can be improved.
また、出射側反射膜12及び入射側反射膜11が各ファイバ端面に直接設けられているので、ファイバレーザ30aを構成するレンズ21やLD26などの光学素子と結合させる際の光学的な調整を容易にすることができる。 Further, since the exit-side reflecting film 12 and the incident-side reflecting film 11 are directly provided on the end faces of the respective fibers, it is easy to make optical adjustments when coupled with optical elements such as the lens 21 and the LD 26 constituting the fiber laser 30a. Can be.
さらに、コア1の径が励起光26の入射側(図3中の左側)から長さ方向に沿ってテーパー状に縮径しているので、コア1内を伝搬する光のうち、高次モードの光がコア内を伝搬する間に外部に漏れ出して、低次モードの光が出射側反射膜12と入射側反射膜11との間で主に共振することになり、発振されるレーザのビーム品質を向上させることができる。 Furthermore, since the diameter of the core 1 is tapered from the incident side of the excitation light 26 (left side in FIG. 3) along the length direction, the higher-order mode among the light propagating in the core 1 Light leaks to the outside while propagating in the core, and the low-order mode light mainly resonates between the exit-side reflecting film 12 and the incident-side reflecting film 11, so that the oscillated laser Beam quality can be improved.
また、励起光26を入射させる他方のファイバ端(図3中の左側)の径が一方のファイバ端(図3中の右側)の径よりも大きくなるので、励起光26を出力するLD20との結合を容易にすることができる。 Further, the diameter of the other fiber end (left side in FIG. 3) on which the excitation light 26 is incident is larger than the diameter of one fiber end (right side in FIG. 3). Bonding can be facilitated.
したがって、上記のように、第1クラッド2を伝搬する励起光26の外部への漏れの抑制と、出射側反射膜12及び入射側反射膜11のレーザ耐性の向上と、LD20などと結合させる際の容易な光学的な調整と、発振されるレーザ27のビーム品質の向上とがそれぞれ可能になるので、耐熱性の高いエアクラッド構造のダブルクラッドファイバを改良し、従来よりも高出力なファイバレーザを提供することができる。 Accordingly, as described above, when the excitation light 26 propagating through the first clad 2 is suppressed from leaking to the outside, the laser resistance of the emission-side reflection film 12 and the incident-side reflection film 11 is improved, and the LD 20 is coupled. Therefore, it is possible to easily adjust the optical quality of the laser 27 and to improve the beam quality of the laser 27 to be oscillated. Can be provided.
ここで、本実施形態のファイバレーザ30aと従来のファイバレーザとの違いを明確にすると、通常、ダブルクラッドファイバを用いてファイバレーザを構成する場合には、コアにFBG(Fiber Bragg Grating)を形成して共振器を構成することが考えられる。この場合、ファイバ径が大きくなるとダブルクラッドファイバとグレーティング用ファイバとの融着が困難になる。そして、エアクラッド構造を有するダブルクラッドファイバの場合には、そのエアクラッドを構成する細孔によりコアが遮蔽されるので、FBGをファイバのコアに直接書き込むことが困難である。 Here, when the difference between the fiber laser 30a of the present embodiment and the conventional fiber laser is clarified, in general, when a fiber laser is configured using a double clad fiber, an FBG (Fiber Bragg Grating) is formed in the core. Thus, it is conceivable to form a resonator. In this case, as the fiber diameter increases, it becomes difficult to fuse the double clad fiber and the grating fiber. In the case of a double-clad fiber having an air-clad structure, the core is shielded by the pores forming the air-clad, so that it is difficult to directly write the FBG into the fiber core.
さらに、外部共振器を用いてファイバレーザを構成する場合には、ファイバレーザのビーム径が小さいので、ファイバと外部共振器との軸を調整することが困難であり、また、戻り光が微弱になるとビームがパルス化し、そのパルスが増幅されて極大化して端面破壊を起こすおそれがある。 Furthermore, when a fiber laser is configured using an external resonator, the beam diameter of the fiber laser is small, so it is difficult to adjust the axis of the fiber and the external resonator, and the return light is weak. Then, the beam may be pulsed, and the pulse may be amplified and maximized to cause end face destruction.
これに対して、本実施形態のファイバレーザ30aでは、ダブルクラッドファイバ10aのファイバ両端面に形成された入射側反射膜11及び出射側反射膜12によって共振器が構成されるので、ファイバに容易に共振器を構成することができ、軸の調整も不必要であり、上記のような端面破壊を抑制することができる。 On the other hand, in the fiber laser 30a of the present embodiment, the resonator is constituted by the incident-side reflection film 11 and the emission-side reflection film 12 formed on both end faces of the double clad fiber 10a, so that the fiber can be easily formed. A resonator can be formed, adjustment of the shaft is unnecessary, and the end face breakage as described above can be suppressed.
なお、本実施形態では、出射側反射部として出射側反射膜12を例示したが、本発明は、出射側反射膜12を省略して、ファイバ端面のフレネル反射によって出射側反射部を構成させてもよい。 In the present embodiment, the exit-side reflection film 12 is exemplified as the exit-side reflection section. However, in the present invention, the exit-side reflection film 12 is omitted, and the exit-side reflection section is configured by Fresnel reflection of the fiber end face. Also good.
次に、具体的に行った実験について説明する。 Next, a specific experiment will be described.
本発明の実施例として、上記実施形態と同じ方法で、ダブルクラッドファイバ10aを作製してファイバレーザ30aを構成した。 As an example of the present invention, a double-clad fiber 10a was manufactured by the same method as that of the above-described embodiment, and a fiber laser 30a was configured.
具体的には、入射側反射膜11を、以下の表1〜表3に示す構成で形成した。 Specifically, the incident side reflection film 11 was formed with the configurations shown in Tables 1 to 3 below.
また、図4は、表1〜表3に示す条件で形成した各反射膜の分光特性を示したグラフである。ここで、グラフ中の実線の曲線は表1による反射膜の分光特性であり、グラフ中の破線の曲線は表2による反射膜の分光特性であり、グラフ中の一点鎖線の曲線は表3による反射膜の分光特性である。 FIG. 4 is a graph showing the spectral characteristics of the respective reflective films formed under the conditions shown in Tables 1 to 3. Here, the solid line curve in the graph is the spectral characteristic of the reflective film according to Table 1, the broken line curve in the graph is the spectral characteristic of the reflective film according to Table 2, and the dashed line curve in the graph is according to Table 3. It is the spectral characteristic of a reflecting film.
ここで、表1に示した構成の反射膜は、図4に示すように、表2及び表3に示した構成の反射膜よりも反射率が低下するものの、レーザ耐性に優れていた。 Here, as shown in FIG. 4, the reflective film having the configuration shown in Table 1 was excellent in laser resistance, although the reflectance was lower than that of the reflective film having the structure shown in Tables 2 and 3.
また、出射側反射膜12を以下の表4〜表7に示す構成で形成した。 Moreover, the output side reflection film 12 was formed with the configurations shown in Tables 4 to 7 below.
また、図5は、表4〜表7に示す条件で形成した各反射膜の分光特性を示したグラフである。ここで、グラフ中の実線の曲線は表4による反射膜の分光特性であり、グラフ中の破線の曲線は表5による反射膜の分光特性であり、グラフ中の一点鎖線の曲線は表6による反射膜の分光特性であり、グラフ中の二点鎖線の曲線は表7による反射膜の分光特性である。 FIG. 5 is a graph showing the spectral characteristics of each reflective film formed under the conditions shown in Tables 4-7. Here, the solid line curve in the graph is the spectral characteristic of the reflective film according to Table 4, the broken line curve in the graph is the spectral characteristic of the reflective film according to Table 5, and the dashed line curve in the graph is according to Table 6. It is the spectral characteristic of the reflective film, and the two-dot chain line curve in the graph is the spectral characteristic of the reflective film according to Table 7.
ここで、表4〜表7に示した構成の各反射膜は、図5に示すように、反射率に大差がなかったものの、表4に示した構成の反射膜は、表5及び表6に示した構成の反射膜よりもレーザ耐性に優れていた。また、表7に示した構成の反射膜は、表4に示した構成の反射膜と同等のレーザ耐性を示した。 Here, as shown in FIG. 5, the reflective films having the configurations shown in Tables 4 to 7 did not have much difference in reflectivity, but the reflective films having the configurations shown in Table 4 are shown in Tables 5 and 6 It was more excellent in laser resistance than the reflective film having the structure shown in FIG. Further, the reflective film having the configuration shown in Table 7 showed the same laser resistance as the reflective film having the configuration shown in Table 4.
そして、ファイバの太い方の端面に表1に示した構成の入射側反射膜11を有し、ファイバの細い方の端面に表4に示した構成の出射側反射膜12を有するダブルクラッドファイバ10aは、915nmにおける励起光の吸収係数(損失)が、1.0dB/mであった。 A double-clad fiber 10a having an incident-side reflecting film 11 having the structure shown in Table 1 on the thick end face of the fiber and an emitting-side reflecting film 12 having the structure shown in Table 4 on the thin end face of the fiber. The absorption coefficient (loss) of excitation light at 915 nm was 1.0 dB / m.
また、全長30mのダブルクラッドファイバ10a、及び出力3kWのLD20を備えたファイバレーザ30aでは、2kWのレーザ27が出力された。 In addition, a 2 kW laser 27 was output from the fiber laser 30a including the double clad fiber 10a having a total length of 30 m and the LD 20 having an output of 3 kW.
《発明の実施形態2》
図6は、本実施形態のダブルクラッドファイバ10bを備えたファイバレーザ30bのの概略構成図である。なお、以下の各実施形態では図1〜図5と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
<< Embodiment 2 of the Invention >>
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a fiber laser 30b including the double clad fiber 10b of the present embodiment. In the following embodiments, the same portions as those in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
このファイバレーザ30bは、図6に示すように、LD20、入射側レンズ部21c、ダブルクラッドファイバ10b及び出射側レンズ部23cが順に並んだ光学装置である。 As shown in FIG. 6, the fiber laser 30b is an optical device in which an LD 20, an incident side lens unit 21c, a double clad fiber 10b, and an output side lens unit 23c are arranged in this order.
ダブルクラッドファイバ10bは、そのファイバ両端面に反射膜が設けられていないという点以外、実施形態1のダブルクラッドファイバ10aの構成と実質的に同じである。 The double clad fiber 10b is substantially the same as the configuration of the double clad fiber 10a of the first embodiment except that no reflection film is provided on both end faces of the fiber.
入射側レンズ部21cは、互いに対向して配置された第1レンズ21a及び第2レンズ21bと、それらの間に設けられた入射側反射部22とを備え、LD20からの励起光26を所定のスポット径に集光するための光学素子である。 The incident side lens unit 21c includes a first lens 21a and a second lens 21b arranged to face each other, and an incident side reflection unit 22 provided therebetween, and the excitation light 26 from the LD 20 is supplied to the predetermined side. It is an optical element for condensing to the spot diameter.
出射側レンズ部23cは、互いに対向して配置されたレンズ23a及び出射側反射部23bを備え、レーザ27を出射するための光学素子である。 The emission side lens portion 23 c is an optical element that includes a lens 23 a and an emission side reflection portion 23 b that are arranged to face each other, and emits a laser 27.
入射側反射部22及び出射側反射部23bは、例えば、1080nmの光を99.8%反射する光学薄膜、及び1080nmの光を5%反射する光学薄膜によりそれぞれ構成され、ダブルクラッドファイバ10bの外部共振器として機能するものである。 The incident-side reflecting portion 22 and the emitting-side reflecting portion 23b are each composed of, for example, an optical thin film that reflects 99.8% of 1080 nm light and an optical thin film that reflects 5% of 1080 nm light, and is external to the double clad fiber 10b. It functions as a resonator.
本実施形態のファイバレーザ30bによれば、コア1、第1クラッド2及び第2クラッド3の各径が一方のファイバ端(図6中の右側)から他方のファイバ端(図6中の左側)に向かってそのコア1及び第1クラッド2が相似形を保ちながら拡径している、言い換えれば、励起光26の入射側(図6中の左側)から長さ方向に沿ってテーパー状に縮径し、また、第2クラッド3が複数の細孔3aを含むエアクラッド構造となっているので、第1クラッド2の開口数が励起光26の入射側(図6中の左側)から長さ方向に沿って連続的に高くなっている。そのため、第1クラッド2を伝搬する励起光26の外部への漏れを抑制することができる。 According to the fiber laser 30b of this embodiment, the diameters of the core 1, the first cladding 2 and the second cladding 3 are changed from one fiber end (right side in FIG. 6) to the other fiber end (left side in FIG. 6). The core 1 and the first cladding 2 are enlarged in diameter while maintaining a similar shape, in other words, from the incident side of the excitation light 26 (left side in FIG. 6) to a taper shape along the length direction. Since the second cladding 3 has an air cladding structure including a plurality of pores 3a, the numerical aperture of the first cladding 2 is a length from the incident side (left side in FIG. 6) of the excitation light 26. It is continuously higher along the direction. Therefore, leakage of the excitation light 26 propagating through the first cladding 2 to the outside can be suppressed.
そして、一方のファイバ端(図6中の右側)にコア1を伝搬する光の一部を反射するための出射側反射部23bを設けると共に、他方のファイバ端(図6中の左側)にその出射側反射部23bで反射されてコア1を伝搬する光を反射する入射側反射部22を設けることにより共振器が構成され、その出射側反射部23bによって、他方のファイバ端面(図6中の左側)から第1クラッド2に入射した励起光26によりコア1の内部で発生してコア1の内部を一方のファイバ端(図6中の右側)の方に伝搬する光の一部が反射されると共に、入射側反射部22によって、出射側反射部23bで反射されて他方のファイバ端(図6中の左側)の方にコア1内を伝搬する光が反射されて一方のファイバ端(図6中の右側)の方に再び伝搬することになる。これにより、ファイバレーザ30bでは、ダブルクラッドファイバ10bのコア1を伝搬する光が、出射側反射部23bと入射側反射部22との間における増幅及び共振によってレーザ発振されると共に、一方のファイバ端(図6中の右側)のコア1から出射されることになる。 Then, an emission side reflecting portion 23b for reflecting a part of the light propagating through the core 1 is provided at one fiber end (right side in FIG. 6), and at the other fiber end (left side in FIG. 6) A resonator is formed by providing an incident-side reflecting portion 22 that reflects light that is reflected by the emitting-side reflecting portion 23b and propagates through the core 1, and the other end face of the fiber (in FIG. 6) is formed by the emitting-side reflecting portion 23b. A part of the light generated inside the core 1 by the excitation light 26 incident on the first cladding 2 from the left side) and propagating through the inside of the core 1 toward one fiber end (right side in FIG. 6) is reflected. At the same time, the light reflected by the exit-side reflecting portion 23b and reflected by the entrance-side reflecting portion 22 and propagating through the core 1 toward the other fiber end (left side in FIG. 6) is reflected. On the right side of 6) That. Thereby, in the fiber laser 30b, the light propagating through the core 1 of the double clad fiber 10b is laser-oscillated by amplification and resonance between the exit-side reflecting portion 23b and the incident-side reflecting portion 22, and at the end of one fiber The light is emitted from the core 1 (right side in FIG. 6).
ここで、コア1の径が励起光26の入射側(図6中の左側)から長さ方向に沿ってテーパー状に縮径しているので、コア1内を伝搬する光のうち、高次モードの光がコア内を伝搬するうちに外部に漏れ出して、低次モードの光が出射側反射部23bと入射側反射部22との間で主に共振することになり、発振されるレーザ27のビーム品質を向上させることができる。 Here, since the diameter of the core 1 is tapered from the incident side of the excitation light 26 (left side in FIG. 6) along the length direction, the higher order of the light propagating through the core 1 The mode light leaks to the outside while propagating in the core, and the low-order mode light mainly resonates between the exit-side reflecting portion 23b and the incident-side reflecting portion 22 and is oscillated. 27 beam quality can be improved.
また、励起光26を入射させる他方のファイバ端(図6中の左側)の径が一方のファイバ端(図6中の右側)の径よりも大きくなるので、励起光を出力するLD20や入射側レンズ部21cとの結合を容易にすることができる。 Further, since the diameter of the other fiber end (left side in FIG. 6) on which the excitation light 26 is incident is larger than the diameter of one fiber end (right side in FIG. 6), the LD 20 that outputs the excitation light or the incident side Coupling with the lens portion 21c can be facilitated.
したがって、第1クラッド2を伝搬する励起光26の外部への漏れが抑制され、ファイバレーザを構成したときに発振されるレーザ27のビーム品質が向上すると共に、LD20などとの結合が容易になるので、耐熱性の高いエアクラッド構造のダブルクラッドファイバを改良し、従来よりも高出力なファイバレーザを提供することが可能になる。 Therefore, leakage of the excitation light 26 propagating through the first cladding 2 to the outside is suppressed, the beam quality of the laser 27 oscillated when a fiber laser is configured is improved, and coupling with the LD 20 or the like is facilitated. Therefore, it is possible to improve the double clad fiber having an air clad structure having high heat resistance and to provide a fiber laser having a higher output than the conventional one.
《発明の実施形態3》
図7は、本実施形態のファイバレーザ30cの概略構成図である。
<< Embodiment 3 of the Invention >>
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the fiber laser 30c of the present embodiment.
このファイバレーザ30cでは、上記実施形態1のファイバレーザ30aにおけるダブルクラッドファイバ10aの出射側反射膜12の右側に、レンズ23a、Qスイッチ24、及び低反射ミラー23bが順に配置されており、それ以外の構成がファイバレーザ30aと実質的に同じになっている。 In this fiber laser 30c, a lens 23a, a Q switch 24, and a low reflection mirror 23b are arranged in this order on the right side of the emission side reflection film 12 of the double clad fiber 10a in the fiber laser 30a of the first embodiment. Is substantially the same as that of the fiber laser 30a.
ファイバレーザ30cによれば、上記実施形態1の効果の他に、Qスイッチ24によって、ダブルクラッドファイバ10aで発振されたレーザ27をパルス化させることができる。 According to the fiber laser 30c, in addition to the effects of the first embodiment, the laser 27 oscillated by the double clad fiber 10a can be pulsed by the Q switch 24.
《発明の実施形態4》
図8は、本実施形態のダブルクラッドファイバ10dを備えたファイバレーザ30dのの概略構成図である。
<< Embodiment 4 of the Invention >>
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a fiber laser 30d including the double clad fiber 10d of the present embodiment.
このファイバレーザ30dでは、上記実施形態1のファイバレーザ30aにおけるダブルクラッドファイバ10aの一方のファイバ端面に設けられた出射側反射膜12の代わりに、その一方のファイバ端面にグレーティングファイバ10Gが融着されており、それ以外の構成がファイバレーザ30aと実質的に同じになっている。ここで、グレーティングファイバ10Gは、ファイバ中心のコアに出射側反射部として機能するFBG14が形成されている。 In this fiber laser 30d, the grating fiber 10G is fused to one end face of the fiber laser 30a in the fiber laser 30a of the first embodiment, instead of the emitting side reflection film 12 provided on one end face of the double clad fiber 10a. The other configuration is substantially the same as that of the fiber laser 30a. Here, in the grating fiber 10G, an FBG 14 that functions as an exit-side reflecting portion is formed in the core at the center of the fiber.
このファイバレーザ30dによれば、複数のファイバレーザ30dを準備して、その各先端のグレーティングファイバ10Gを束ねて、例えば、他のマルチモードファイバとファイバカップリングすることができ、そのマルチモードファイバのファイバ端から高出力のレーザを出射することができる。 According to this fiber laser 30d, it is possible to prepare a plurality of fiber lasers 30d, bundle the grating fibers 10G at their respective ends, and perform fiber coupling with, for example, other multimode fibers. A high-power laser can be emitted from the fiber end.
《発明の実施形態5》
図9は、本実施形態のダブルクラッドファイバ10eを備えたファイバレーザ30eのの概略構成図である。
<< Embodiment 5 of the Invention >>
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a fiber laser 30e including the double clad fiber 10e of the present embodiment.
このファイバレーザ30eは、図9に示すように、LD20、第1レンズ21a、ダイクロイックミラー25、第2レンズ21b及びダブルクラッドファイバ10eが順に並んだ光学装置である。 As shown in FIG. 9, the fiber laser 30e is an optical device in which an LD 20, a first lens 21a, a dichroic mirror 25, a second lens 21b, and a double clad fiber 10e are arranged in order.
ダイクロイックミラー25は、1080nmの光を透過すると共に、900〜1000nmの光を反射するように構成されている。 The dichroic mirror 25 is configured to transmit 1080 nm light and reflect 900 to 1000 nm light.
ダブルクラッドファイバ10eは、一方のファイバ端面(図9中の右側)に一方側反射膜13が設けられ、他方のファイバ端面(図9中の左側)に出射側反射膜12aが設けられているという点以外、実施形態1のダブルクラッドファイバ10aの構成と実質的に同じである。 The double-clad fiber 10e is provided with one side reflection film 13 on one fiber end face (right side in FIG. 9) and with an emission side reflection film 12a on the other fiber end face (left side in FIG. 9). Except for the point, it is substantially the same as the configuration of the double clad fiber 10a of the first embodiment.
一方側反射膜13は、Ta2O5及びSiO2などの薄膜を積層して構成されており、例えば、1080nmの光を99.8%反射する光学薄膜である。 The one-side reflective film 13 is configured by laminating thin films such as Ta 2 O 5 and SiO 2, and is, for example, an optical thin film that reflects 99.8% of 1080 nm light.
出射側反射膜12aは、Ta2O5及びSiO2などの薄膜を積層して構成されており、例えば、1080nmの光を5%反射する光学薄膜である。 The exit-side reflection film 12a is configured by laminating thin films such as Ta 2 O 5 and SiO 2 , and is an optical thin film that reflects 5% of 1080 nm light, for example.
このファイバレーザ30eでは、LD20からの励起光26が、第1レンズ21a、ダイクロイックミラー25及び第2レンズ21bを介して、ダブルクラッドファイバ10eの第1クラッド2に入射し、入射した励起光26が第1クラッド2と第2クラッド3との界面で反射を繰り返しながら第2クラッド3で囲まれた領域内を伝搬し、その励起光26がコア1を通過する際にコア1中の希土類元素を活性化させ自然放出光を発生する。そして、コア1で発生した自然放出光は、コア1の内部を伝搬して一方側反射膜13に達する。ここで、自然放出光のうち、一方側反射膜13の反射波長帯に含まれる波長(1080nm程度)を有するものは反射されて、再び、コア1の内部を伝搬することになる。さらに、一方側反射膜13で反射してコア1の内部を伝搬した光の一部は、出射側反射膜12aによって反射されて、再び、コア1の内部を伝搬することになる。そして、ファイバレーザ30eでは、一方側反射膜13及び出射側反射膜12aが共振器を形成するので、一方側反射膜13と出射側反射膜12aとの間で共振が生じ、繰り返し誘導放出されることによりレーザ発振し、レーザ27が出射側反射膜12aから第2レンズ21b及びダイクロイックミラー25を介して取り出される。 In this fiber laser 30e, the excitation light 26 from the LD 20 is incident on the first cladding 2 of the double-clad fiber 10e via the first lens 21a, the dichroic mirror 25, and the second lens 21b. Propagating in the region surrounded by the second clad 3 while repeating reflection at the interface between the first clad 2 and the second clad 3, and when the excitation light 26 passes through the core 1, the rare earth element in the core 1 is Activates to generate spontaneously emitted light. The spontaneously emitted light generated in the core 1 propagates through the core 1 and reaches the one-side reflective film 13. Here, among spontaneously emitted light, light having a wavelength (about 1080 nm) included in the reflection wavelength band of the one-side reflective film 13 is reflected and propagates through the core 1 again. Further, a part of the light reflected by the one-side reflection film 13 and propagated inside the core 1 is reflected by the emission-side reflection film 12a and propagates inside the core 1 again. In the fiber laser 30e, since the one-side reflecting film 13 and the emitting-side reflecting film 12a form a resonator, resonance occurs between the one-side reflecting film 13 and the emitting-side reflecting film 12a, and repeated stimulated emission is performed. As a result, laser oscillation occurs, and the laser 27 is extracted from the exit-side reflective film 12a through the second lens 21b and the dichroic mirror 25.
このファイバレーザ30eによれば、ファイバ径の大きいファイバ端側からレーザ27が出射し、出射側のファイバ端のコア1の径が上記各実施形態の出射側のコア1の径よりも大きくなるので、レーザのパワー密度が低くなって、出射側反射膜12aのレーザ耐性を向上させることができる。 According to the fiber laser 30e, the laser 27 is emitted from the fiber end side having a large fiber diameter, and the diameter of the core 1 at the fiber end on the emission side is larger than the diameter of the core 1 on the emission side in each of the above embodiments. The laser power density is lowered, and the laser resistance of the exit-side reflective film 12a can be improved.
《その他の実施形態》
上記各実施形態では、テーパー状に形成されたダブルクラッドファイバを備えたファイバレーザを例示したが、本発明は、図10に示すように、ファイバ径が一定な円柱状のダブルクラッドファイバ10fを備えたファイバレーザ30fに適用することができる。
<< Other Embodiments >>
In each of the above embodiments, a fiber laser including a double-clad fiber formed in a tapered shape is illustrated. However, as shown in FIG. 10, the present invention includes a cylindrical double-clad fiber 10f having a constant fiber diameter. It can be applied to the fiber laser 30f.
以上説明したように、本発明は、容易に高出力なレーザを発振することができるので、溶接などの種々のレーザ加工について有用である。 As described above, since the present invention can easily oscillate a high-power laser, it is useful for various laser processing such as welding.
1 コア
2 第1クラッド
3 第2クラッド
3a 細孔
10a,10b,10d,10e,10f ダブルクラッドファイバ
11 入射側反射膜
12,12a 出射側反射膜(出射側反射部)
13 一方側反射膜
14 FBG(出射側反射部)
26 励起光
30a〜30f ファイバレーザ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Core 2 1st clad 3 2nd clad 3a Pore 10a, 10b, 10d, 10e, 10f Double clad fiber 11 Incident side reflective film 12, 12a Outgoing side reflective film (outgoing side reflective part)
13 One side reflection film 14 FBG (outgoing side reflection part)
26 Excitation light 30a-30f Fiber laser
Claims (6)
一方のファイバ端面には、上記コアを伝搬する光の一部を反射する出射側反射部が設けられ、
他方のファイバ端面には、上記出射側反射部で反射されて上記コアを伝搬する光を反射する入射側反射膜が設けられていることを特徴とするダブルクラッドファイバ。 A core doped with an optical amplification component, a first clad provided so as to cover the core, and a plurality of pores extending so as to cover the first clad are formed A second clad, and the excitation light incident on the first clad propagates in a region surrounded by the second clad while repeating reflection at the interface between the first clad and the second clad. A double-clad fiber configured to activate a light amplification component of the core when light passes through the core, and the light amplification component amplifies light propagating through the core,
One fiber end face is provided with an exit-side reflecting portion that reflects part of the light propagating through the core,
A double-clad fiber, characterized in that an incident-side reflecting film is provided on the other fiber end face to reflect light reflected by the emitting-side reflecting portion and propagating through the core.
上記コア、第1クラッド及び第2クラッドの各径は、一方のファイバ端から他方のファイバ端に向かって該コア及び第1クラッドが相似形を保ちながら拡径していることを特徴とするダブルクラッドファイバ。 A core doped with an optical amplification component, a first clad provided so as to cover the core, and a plurality of pores extending so as to cover the first clad are formed A second clad, and the excitation light incident on the first clad propagates in a region surrounded by the second clad while repeating reflection at the interface between the first clad and the second clad. A double-clad fiber configured to activate a light amplification component of the core when light passes through the core, and the light amplification component amplifies light propagating through the core,
Each of the diameters of the core, the first clad, and the second clad is expanded from the one fiber end toward the other fiber end while the core and the first clad have a similar shape while being doubled. Clad fiber.
上記一方のファイバ端の表面には、上記コアを伝搬する光の一部を反射する出射側反射部が設けられ、
上記他方のファイバ端の表面には、上記出射側反射部で反射されて上記コアを伝搬する光を反射する入射側反射膜が設けられていることを特徴とするダブルクラッドファイバ。 The double clad fiber according to claim 2,
On the surface of the one end of the fiber, an exit-side reflecting portion that reflects a part of the light propagating through the core is provided.
The double-clad fiber is characterized in that an incident-side reflection film is provided on the surface of the other fiber end to reflect the light reflected by the emission-side reflection portion and propagating through the core.
上記一方のファイバ端の表面には、上記コアを伝搬する光を反射する一方側反射膜が設けられ、
上記他方のファイバ端の表面には、上記一方側反射膜で反射されて上記コアを伝搬する光の一部を反射する出射側反射部が設けられていることを特徴とするダブルクラッドファイバ。 The double clad fiber according to claim 2,
On the surface of the one fiber end, a one-side reflecting film that reflects light propagating through the core is provided,
The double-clad fiber is characterized in that an exit-side reflecting portion is provided on the surface of the other fiber end to reflect a part of the light reflected by the one-side reflecting film and propagating through the core.
上記出射側反射部は、反射膜により構成されていることを特徴とするダブルクラッドファイバ。 In the double clad fiber according to claim 1, 3 or 4,
The double-side clad fiber, wherein the exit-side reflecting portion is constituted by a reflecting film.
A fiber laser comprising the double clad fiber according to any one of claims 1 to 5.
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