JP2009004539A - Fiber laser oscillator and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、内部に備えたコア部材が励起光に励起されるとレーザ発振光を発生するファイバレーザ用光ファイバと励起光源とを備えたファイバレーザ発振器及びファイバレーザ発振器の製造方法に関する。 The present invention relates to a fiber laser oscillator including a fiber laser optical fiber that generates laser oscillation light when a core member provided therein is excited by excitation light, and a pump light source, and a method for manufacturing the fiber laser oscillator.
従来より、比較的ビーム品質の劣る励起光を用いて非常に高品質のレーザ光を高効率で得ることができる種々のファイバレーザ発振器が提案されている。
例えば特許文献1に記載された従来技術では、図8(A)に示すようにファイバレーザ用光ファイバ10の側面に、漸進的なテーパ部分Tを有する励起光導光ファイバ20をテーパ部分Tの範囲で融着(接合)して励起光導光ファイバ20から励起光Linを入射する構成が開示されている。
また、例えば特許文献2に記載された従来技術では、図8(B)に示すように、ファイバレーザ用光ファイバ10を螺旋状に巻回して、所定の屈折率を有する励起光コア部材150で巻回部を固めて円筒状に形成し、略平板状の導光部材140を用いて、励起光源34からの励起光Linを励起光コア部材150内に導光している。
For example, in the prior art described in Patent Document 1, the pumping
Further, for example, in the prior art described in
近年では出力レーザ光の高出力化が望まれており、出力レーザ光を高出力化するには、より多くの励起光をファイバレーザ用光ファイバ10に入射しなければならない。
特許文献1に記載された従来技術では、出力レーザ光を高出力化するには、ファイバレーザ用光ファイバ10の長手方向の複数個所に励起光導光ファイバ20を接合し、各励起光導光ファイバ20に励起光源を配置しなければならない。この場合、導光された励起光がファイバレーザ用光ファイバ10内のコア部材12を励起するために必要な間隔(励起光が吸収される間隔)で励起光導光ファイバ20を接合しなければならない。なお、テーパ部分Tの接合個所の面積が大きいため、複数の励起光導光ファイバ20を接合するためには非常に手間がかかる。また、レーザ発振器として筐体内に収容する際、複数の励起光源の配置や複数の励起光導光ファイバ20の配線等が煩雑になり易い。
また、特許文献2に記載された従来技術では、出力レーザ光を高出力化するには、励起光源34と導光部材140の数を増やせばよい。しかし、特許文献2に記載された技術では、ファイバレーザ用光ファイバ10に励起光を入射しておらず、ファイバレーザ用光ファイバ10を含む励起光コア部材150に励起光を入射しているため、特許文献1と比較して効率が低い。また、特許文献2には、ファイバレーザ用光ファイバ10が励起光コア部材150の内部に含まれるようにすることが理想であるが、その具体的な製造方法については開示されていない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、より効率よく、よりシンプルな構成で高出力化が可能なファイバレーザ発振器及びファイバレーザ発振器の製造方法を提供することを課題とする。
In recent years, higher output laser light is desired, and in order to increase the output laser light, more pump light must be incident on the
In the prior art described in Patent Document 1, in order to increase the output laser light, pumping
In the prior art described in
The present invention has been made in view of such points, and it is an object of the present invention to provide a fiber laser oscillator and a method for manufacturing the fiber laser oscillator that can achieve higher output with a more efficient and simpler configuration. To do.
上記課題を解決するための手段として、本発明の第1発明は、請求項1に記載されたとおりのファイバレーザ発振器である。
請求項1に記載のファイバレーザ発振器は、励起光に励起されるとレーザ発振光を発生するコア部材を長手方向に有するとともに、入射された励起光を前記コア部材の周囲を覆うクラッド部材内に閉じ込めて導光するファイバレーザ用光ファイバと、複数の励起光源と、前記複数の励起光源の各々から出射された各励起光が導光された複数の励起光導光ファイバと、を備えたファイバレーザ発振器である。
前記ファイバレーザ用光ファイバは、螺旋状に巻回されて円筒状に形成されており、前記複数の励起光導光ファイバの出射面の各々は、巻回された前記ファイバレーザ用光ファイバの巻回方向に沿うように、n巻目(nは、1以上の任意の整数)のファイバレーザ用光ファイバに対して1本の励起光導光ファイバの出射面が接合されており、且つ接合個所において励起光導光ファイバからファイバレーザ用光ファイバへ導光された励起光が前記クラッド部材内に閉じ込められるように、前記ファイバレーザ用光ファイバに対して前記励起光導光ファイバが所定角度で接合されている。
As means for solving the above-mentioned problems, a first invention of the present invention is a fiber laser oscillator as described in claim 1.
The fiber laser oscillator according to claim 1 has a core member that generates laser oscillation light when excited by excitation light in a longitudinal direction, and the incident excitation light is contained in a cladding member that covers the periphery of the core member. A fiber laser comprising: an optical fiber for a fiber laser confined and guided; a plurality of pumping light sources; and a plurality of pumping light guide fibers guided by the pumping lights emitted from the pumping light sources. It is an oscillator.
The optical fiber for a fiber laser is spirally wound and formed into a cylindrical shape, and each of the emission surfaces of the plurality of excitation light guide fibers is wound around the wound optical fiber for a fiber laser. The exit surface of one pumping light guide fiber is joined to the optical fiber for the n-th turn (n is an arbitrary integer equal to or greater than 1) so as to follow the direction, and pumping is performed at the joint. The excitation light guide fiber is joined to the fiber laser optical fiber at a predetermined angle so that the excitation light guided from the light guide fiber to the fiber laser optical fiber is confined in the cladding member.
また、本発明の第2発明は、請求項2に記載されたとおりのファイバレーザ発振器である。
請求項2に記載のファイバレーザ発振器は、請求項1に記載のファイバレーザ発振器であって、前記励起光導光ファイバの出射面の各々が接合された複数の前記接合個所は、円筒状に形成されたファイバレーザ用光ファイバにおける前記円筒の軸に平行となるように一列に並んでおり、更に、ファイバレーザ用光ファイバのm巻毎(mは、1以上の任意の整数)に並んでいる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fiber laser oscillator according to the second aspect.
A fiber laser oscillator according to a second aspect is the fiber laser oscillator according to the first aspect, wherein a plurality of the joint portions where the emission surfaces of the excitation light guide fiber are joined are formed in a cylindrical shape. The fiber laser optical fibers are arranged in a line so as to be parallel to the axis of the cylinder, and are arranged in every m turns (m is an arbitrary integer of 1 or more) of the fiber laser optical fibers.
また、本発明の第3発明は、請求項3に記載されたとおりのファイバレーザ発振器である。
請求項3に記載のファイバレーザ発振器は、請求項1または2に記載のファイバレーザ発振器であって、巻回された前記ファイバレーザ用光ファイバは、前記接合個所を含めて、所定の屈折率を有する固形化剤で円筒状に固められている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fiber laser oscillator as set forth in the third aspect.
The fiber laser oscillator according to claim 3 is the fiber laser oscillator according to
また、本発明の第4発明は、請求項4に記載されたとおりのファイバレーザ発振器である。
請求項4に記載のファイバレーザ発振器は、請求項1〜3のいずれかに記載のファイバレーザ発振器であって、螺旋状に巻回された前記ファイバレーザ用光ファイバは、所定の屈折率を有する棒状体、あるいは前記励起光を全反射するコーティングが外周面に施された棒状体に巻回されている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fiber laser oscillator as set forth in the fourth aspect.
A fiber laser oscillator according to a fourth aspect is the fiber laser oscillator according to any one of the first to third aspects, wherein the optical fiber for a fiber laser wound in a spiral shape has a predetermined refractive index. A rod-shaped body or a rod-shaped body having a coating that totally reflects the excitation light is wound around the outer peripheral surface.
また、本発明の第5発明は、請求項5に記載されたとおりのファイバレーザ発振器の製造方法である。
請求項5に記載のファイバレーザ発振器の製造方法は、請求項3に記載のファイバレーザ発振器の製造方法である。
径が可変に構成された略円筒形状の円筒治具を用い、前記円筒治具の径を所定径に設定して、前記円筒治具の外周面に所定の溶剤で溶解する中間部材にて中間層を形成する工程と、前記中間層の上から前記ファイバレーザ用光ファイバを螺旋状に巻回する工程と、巻回した前記ファイバレーザ用光ファイバに前記励起光導光ファイバの出射面の各々を接合する工程と、前記接合個所を含めて、巻回した前記ファイバレーザ用光ファイバに前記固形化剤を塗布して、前記ファイバレーザ用光ファイバの巻回部を円筒状に固める工程と、前記所定の溶剤にて前記中間層を形成している前記中間部材を溶解し、更に、前記円筒治具の径を小さくして、円筒状に固めた前記ファイバレーザ用光ファイバの巻回部から前記円筒治具を抜き取る工程と、を有する。
A fifth invention of the present invention is a method for manufacturing a fiber laser oscillator as described in claim 5.
A method for manufacturing a fiber laser oscillator according to claim 5 is a method for manufacturing a fiber laser oscillator according to claim 3.
A substantially cylindrical cylindrical jig having a variable diameter is used, the diameter of the cylindrical jig is set to a predetermined diameter, and an intermediate member is dissolved on the outer peripheral surface of the cylindrical jig with a predetermined solvent. A step of forming a layer, a step of spirally winding the optical fiber for fiber laser from above the intermediate layer, and an exit surface of the excitation light guide fiber on the wound optical fiber for fiber laser. A step of bonding, a step of applying the solidifying agent to the wound optical fiber for the fiber laser including the bonding portion, and solidifying a wound portion of the optical fiber for the fiber laser into a cylindrical shape, and The intermediate member forming the intermediate layer is dissolved with a predetermined solvent, the diameter of the cylindrical jig is reduced, and the fiber laser optical fiber wound around the fiber laser is solidified in a cylindrical shape. Extracting the cylindrical jig; To.
また、本発明の第6発明は、請求項6に記載されたとおりのファイバレーザ発振器の製造方法である。
請求項6に記載のファイバレーザ発振器の製造方法は、請求項3に記載のファイバレーザ発振器の製造方法である。
所定の溶剤で溶解する略円筒形状の円筒治具を用い、前記円筒治具の上から前記ファイバレーザ用光ファイバを螺旋状に巻回する工程と、巻回した前記ファイバレーザ用光ファイバに前記励起光導光ファイバの出射面の各々を接合する工程と、前記接合個所を含めて、巻回した前記ファイバレーザ用光ファイバに前記固形化剤を塗布して、前記ファイバレーザ用光ファイバの巻回部を円筒状に固める工程と、前記所定の溶剤にて前記円筒治具を溶解する工程と、を有する。
A sixth invention of the present invention is a method for manufacturing a fiber laser oscillator as described in claim 6.
A manufacturing method of a fiber laser oscillator according to a sixth aspect is a manufacturing method of the fiber laser oscillator according to a third aspect.
Using a substantially cylindrical cylindrical jig that dissolves in a predetermined solvent, the step of spirally winding the fiber laser optical fiber from above the cylindrical jig, and the wound optical fiber for the fiber laser A step of bonding each of the exit surfaces of the pumping light guide fiber, and applying the solidifying agent to the wound optical fiber for the fiber laser, including the joint, and winding the optical fiber for the fiber laser. And a step of solidifying the portion into a cylindrical shape, and a step of dissolving the cylindrical jig with the predetermined solvent.
請求項1に記載のファイバレーザ発振器では、例えば6本の励起光導光ファイバを用いる場合、螺旋状に巻回したファイバレーザ用光ファイバの1巻目、2巻目、3巻目、4巻目、5巻目、6巻目のそれぞれに励起光導光ファイバの各々を接合する。
このように、励起光をファイバレーザ用光ファイバ内に直接導光するので効率がよい。
また、図1の例に示すように、励起光源34及び励起光導光ファイバ20を煩雑にすることなくシンプルにまとめることができる。更に、図6の例に示すように、励起光導光ファイバ20を備えた励起光ユニット30を追加することも容易であり、高出力化が容易である。
In the fiber laser oscillator according to claim 1, for example, when six pumping light guiding fibers are used, the first, second, third, fourth and fourth windings of the fiber laser optical fiber wound in a spiral shape Each of the excitation light guide fibers is bonded to the fifth and sixth rolls.
As described above, the pumping light is directly guided into the optical fiber for the fiber laser, which is efficient.
Further, as shown in the example of FIG. 1, the
また、請求項2に記載のファイバレーザ発振器では、接合個所を一列に並べることで、接合作業をより効率的に行うことができる。
また、ファイバレーザ用光ファイバのm巻毎に励起光導光ファイバを接合することで、ファイバレーザ用光ファイバ内に導光された励起光がコア部材を励起するのに必要な長さを容易に確保することができる。これにより、円筒形状の径をより小さくすることができる。
In the fiber laser oscillator according to the second aspect, the joining operation can be performed more efficiently by arranging the joining portions in a line.
In addition, by joining the pumping light guide fiber for every m turns of the fiber laser optical fiber, the length required for pumping the light guided into the fiber laser optical fiber to pump the core member can be easily achieved. Can be secured. Thereby, the diameter of a cylindrical shape can be made smaller.
また、請求項3に記載のファイバレーザ発振器では、ファイバレーザ用光ファイバと励起光導光ファイバとの接合個所を含めて、巻回したファイバレーザ用光ファイバを固形化剤で固めるため、ファイバレーザ用光ファイバ及び接合個所を適切に保護できるため、傷や破損を防止することができる。 Further, in the fiber laser oscillator according to claim 3, since the wound optical fiber for the fiber laser including the joint portion between the optical fiber for the fiber laser and the pumping light guiding fiber is solidified with a solidifying agent, Since the optical fiber and the junction can be appropriately protected, scratches and breakage can be prevented.
また、請求項4に記載のファイバレーザ発振器では、励起光を漏らさない屈折率を有する棒状体、あるいは全反射コーティングを施した棒状体にファイバレーザ用光ファイバを巻回した構造であるので、比較的容易に実現することができる。 The fiber laser oscillator according to claim 4 is a structure in which a fiber laser optical fiber is wound around a rod-shaped body having a refractive index that does not leak excitation light or a rod-shaped body that has been subjected to total reflection coating. Can be realized easily.
また、請求項5または6に記載のファイバレーザ発振器の製造方法によれば、請求項3に記載のファイバレーザ発振器を、容易に製造することができる。 Moreover, according to the manufacturing method of the fiber laser oscillator of Claim 5 or 6, the fiber laser oscillator of Claim 3 can be manufactured easily.
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図1は、本発明のファイバレーザ発振器1の一実施の形態における概略外観図(斜視図)を示している。また、図2は、図1におけるファイバレーザ発振器1をY軸方向から見た図(側面図)を示している。
なお、本実施の形態にて説明する図1〜図6では、X軸、Y軸、Z軸は互いに直交しており、Y軸は円筒部50の回転軸に平行な方向を示し、X軸とZ軸は円筒部50に直交する方向を示している。また、Z軸は、円筒部50上のファイバレーザ用光ファイバ10と励起光導光ファイバ20との接合個所S(図2参照)における励起光導光ファイバ20に平行な方向を示している。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic external view (perspective view) of an embodiment of a fiber laser oscillator 1 according to the present invention. 2 shows a view (side view) of the fiber laser oscillator 1 shown in FIG. 1 viewed from the Y-axis direction.
1 to 6 described in the present embodiment, the X axis, the Y axis, and the Z axis are orthogonal to each other, and the Y axis indicates a direction parallel to the rotation axis of the
●[ファイバレーザ発振器1の構成(図1、図2)]
ファイバレーザ発振器1は、ファイバレーザ用光ファイバ10を、所定径の円筒の外周面に沿うように螺旋状に巻回して円筒状に形成した円筒部50と、励起光源34から出射される励起光を励起光導光ファイバ20の各々に導光する励起光ユニット30とを備えている。
ファイバレーザ用光ファイバ10は、励起光に励起されるとレーザ発振光を発生するコア部材12(希土類元素がドープされたコア部材)を長手方向に有しており、コア部材12の周囲は励起光を閉じ込めて導光するクラッド部材14で覆われている。
図1及び図2の例に示すファイバレーザ発振器1では、螺旋状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバ10において、出力レーザ光Loutを取り出す側である一方端には、発生した出力レーザ光Loutの一部を他方端の方向に反射して残りを透過する反射手段FBG2(例えば透過率が数%のファイバブラッググレーティング)が設けられている。また、ファイバレーザ用光ファイバ10における他方端には、発生した出力レーザ光Loutを一方端の方向に全反射する反射手段FBG1(例えば透過率0%のファイバブラッググレーティング)が設けられている。
巻回したファイバレーザ用光ファイバ10の形状を保つためには、接合個所Sを含む円筒部50を、固形化剤80(光透過性の紫外線硬化樹脂、またはポリシロキサンやポリシランやポリシラザン等の石英系樹脂)にて固めて固定することが好ましい。
また、図1及び図2に示すように、本実施の形態では、円筒部50の外周側を固形化材80で固めており、円筒部50の内部は中空に形成されている。
なお、巻回したファイバレーザ用光ファイバ10の形状を保つことができれば、固形化剤80を省略してもよい。
● [Configuration of Fiber Laser Oscillator 1 (FIGS. 1 and 2)]
The fiber laser oscillator 1 includes a
The
In the fiber laser oscillator 1 shown in the example of FIGS. 1 and 2, the generated output laser beam Lout is provided at one end on the side from which the output laser beam Lout is extracted in the fiber laser
In order to maintain the shape of the wound fiber laser
Moreover, as shown in FIG.1 and FIG.2, in this Embodiment, the outer peripheral side of the
The solidifying
励起光ユニット30は、複数の光源を備えた励起光源34、励起光源34から出射された各励起光が導光された複数の励起光導光ファイバ20を有している。
図1及び図2の例では、励起光として半導体レーザを用い、励起光源34には、複数の発光部が励起光の短軸方向(図1中のY軸方向)に並んだ半導体レーザアレイを用いている。
励起光導光ファイバ20の入射面は半導体レーザアレイの各発光部に対向するように配置されており、励起光導光ファイバ20の出射面は巻回されたファイバレーザ用光ファイバ10の側面に接合されている。この構成により、1個の発光部から出射された励起光を1本の励起光導光ファイバ20に導光し、導光された励起光をファイバレーザ用光ファイバ10へと導光している。
この場合、発光部から出射される半導体レーザ光は楕円状に広がるため、励起光導光ファイバ20の入射面には、当該楕円の長軸方向(図1及び図2中のX軸方向)、または長軸方向と短軸方向(図1及び図2中のY軸方向)に励起光を集光するレンズが一体的に形成されている(図示省略)。
また、図1及び図2の例に示す励起光ユニット30は、励起光源34及び励起光導光ファイバ20を位置決めして固定するとともに放熱する放熱台31、励起光導光ファイバ20を固定する押え板33等を備えているが、励起光ユニット30は、上記に説明したものに限定されるものではなく、複数の励起光導光ファイバ20の各々に励起光を導光できるものであれば、励起光の種類や励起光ユニット30の構成、形状等は特に限定されるものではない。
The pumping
In the example of FIGS. 1 and 2, a semiconductor laser is used as the pumping light, and the pumping
The incident surface of the pumping
In this case, since the semiconductor laser light emitted from the light emitting unit spreads in an elliptical shape, the major axis direction of the ellipse (X-axis direction in FIGS. 1 and 2) or the incident surface of the excitation
The
●[励起光導光ファイバ20の接合角度(図3)と接合個所(図4)]
円筒部50の直径D(図1及び図2参照)は、巻回されたファイバレーザ用光ファイバ10内に導光された励起光を閉じ込めて伝播可能な曲率となるサイズに設定されており、クラッド部材14の屈折率、励起光導光ファイバ20内に導光された励起光の広がり角等に応じて設定されている。
ファイバレーザ用光ファイバ10としては、図3(A)の例に示すように、コア部材12の周囲を所定の屈折率の第1クラッド部材14で覆い、更に第1クラッド部材14の周囲を第1クラッド部材14の屈折率よりも小さな屈折率の第2クラッド部材16で覆った、いわゆるダブルクラッドファイバや、図3(B)の例に示すように、第2クラッド部材16を省略した、いわゆるシングルクラッドファイバを用いることができる。
● [Joint angle of excitation light guide fiber 20 (FIG. 3) and joint location (FIG. 4)]
The diameter D (see FIGS. 1 and 2) of the
As shown in the example of FIG. 3A, the
また、励起光導光ファイバ20は、導光コア部材22と、導光コア部材22の周囲を覆うクラッド部材24とを有している。なお、図3(A)及び(B)の例では、クラッド部材24の周囲を、保護用の被覆28で覆っており、ファイバレーザ用光ファイバ10との接合個所において被覆28を除去しているが、被覆28は省略(全て除去)してもよい。
励起光導光ファイバ20では、励起光を導光コア部材22内に閉じ込めるために、クラッド部材24の屈折率が導光コア部材22よりも小さく設定されている。
ファイバレーザ用光ファイバ10では、励起光を(第1)クラッド部材14内に閉じ込めるために、図3(A)の例では第2クラッド部材16の屈折率が第1クラッド部材14の屈折率よりも小さくなるように、クラッド部材14及び16の屈折率がそれぞれ設定されている。また、図3(B)の例では、クラッド部材14の周囲の環境(この場合、大気)が、(第1)クラッド部材14の屈折率よりも小さくなるように、クラッド部材14の屈折率が設定されている。
The excitation
In the excitation
In the
また、図3(A)及び(B)では、励起光導光ファイバ20の導光コア部材22が、ファイバレーザ用光ファイバ10の(第1)クラッド部材14に接合されており、互いの屈折率は、ほぼ同じに設定されている。
上記の屈折率の設定にて、励起光導光ファイバ20の導光コア部材22と、ファイバレーザ用光ファイバ10の(第1)クラッド部材14との接合個所における角度θを、図3(A)、図3(B)のそれぞれで、以下のように設定する。
図3(A)のダブルクラッドファイバの場合、「角度θ<(第1)クラッド部材14と(第2)クラッド部材16との間の臨界角」となるように設定する。
また、図3(B)のシングルクラッドファイバの場合、「角度θ<(第1)クラッド部材14と周囲層(被覆を施す場合は被覆、被覆しない場合は大気)との間の臨界角」となるように設定する。
3A and 3B, the light
With the above refractive index setting, the angle θ at the junction between the light
In the case of the double clad fiber shown in FIG. 3A, the angle θ is set to satisfy “the angle θ <the critical angle between the (first) clad
Further, in the case of the single clad fiber of FIG. 3B, “the angle θ <(first) critical angle between the
次に、図4(A)及び(B)を用いて、励起光導光ファイバ20とファイバレーザ用光ファイバ10との接合個所について説明する。
励起光導光ファイバ20の出射面の各々は、巻回されたファイバレーザ用光ファイバ10の巻回方向に沿うように(Z軸方向に平行に)、n巻目(nは1以上の任意の整数)のファイバレーザ用光ファイバ10に対して1本の励起光導光ファイバ20の出射面が接合されている。
例えば図4(A)の例に示すように、6本の励起光導光ファイバ20を接合する場合、n巻目〜n+5巻目のファイバレーザ用光ファイバ10に、各励起光導光ファイバ20の出射面が接合されている。
この場合、n巻目のファイバレーザ用光ファイバ10に入射された励起光は、円筒部50を1周するとn+1巻目の接合個所Sに到達する。好ましい形態では、入射した励起光がすべて吸収された位置(励起に使用された位置)から、次の励起光を入射することが好ましい。従って、図4(A)に示す例では、円筒部50の径Dを大きくしなければならない可能性があり、これではファイバレーザ発振器1のサイズが大きくなり、好ましくない。
Next, with reference to FIGS. 4A and 4B, a joint portion between the pumping
Each of the exit surfaces of the pumping
For example, as shown in the example of FIG. 4A, when six pumping
In this case, the excitation light incident on the
そこで、図4(B)の例に示すように、励起光導光ファイバ20をファイバレーザ用光ファイバ10のm巻毎(mは1以上の任意の整数)に接合する(図4(B)の例では3巻毎に接合)。この構成によれば、円筒部50の径Dを大きくすることなく、入射した励起光がすべて吸収される長さを確保することができる。これにより、ファイバレーザ発振器1の径Dをより小さくすることが可能となる。また、図4(B)の例では、m巻毎の等間隔で励起光導光ファイバ20を接合したが、不等間隔で接合するようにしてもよい。
なお、各接合個所Sが円筒部50の軸に平行となるように一列に並ぶように接合すると、後述するように接合工程を短時間で行うことができるので便利である。
また、巻回するファイバレーザ用光ファイバ10の巻回間隔は、励起光が隣りの巻回部に入射しないように間隔を空けることが好ましいが、隙間なく巻回しても隣り合うファイバレーザ用光ファイバ10との接触部は線状態(断面が円形のファイバであるため)であるので、励起光が隣りの巻回部に入射する可能性は非常に小さく、巻回の隙間の有無の影響は小さいので、隙間なく巻回してもよい。
Therefore, as shown in the example of FIG. 4B, the pumping
It should be noted that it is convenient to perform the joining process in a short time as will be described later if the joining portions S are joined in a line so as to be parallel to the axis of the
Further, the winding interval of the fiber laser
●[ファイバレーザ発振器1の製造方法(図5)]
次に図5を用いて、上記に説明したファイバレーザ発振器1の製造方法について説明する。
まず、径Dが可変に構成された略円筒形状の円筒治具EJを用意する。図5の例に示す円筒治具EJは中空であり、軸方向に割り部WB(隙間部)が形成され、ビスBを締め込んで割り部WBの隙間を小さくすることで径Dを小さくできるものであるが、円筒治具EJは、この構造に限定されるものではない。径Dを可変にできれば、どのような構造であってもよい。
● [Manufacturing method of fiber laser oscillator 1 (FIG. 5)]
Next, a manufacturing method of the fiber laser oscillator 1 described above will be described with reference to FIG.
First, a substantially cylindrical jig EJ having a variable diameter D is prepared. The cylindrical jig EJ shown in the example of FIG. 5 is hollow, and a split part WB (gap part) is formed in the axial direction, and the diameter D can be reduced by tightening the screw B to reduce the gap of the split part WB. However, the cylindrical jig EJ is not limited to this structure. Any structure may be used as long as the diameter D can be made variable.
最初の工程(A)では、円筒治具EJの径Dを比較的大きくなるように設定しておき、円筒治具EJの外周面に所定の溶剤(例えば、水)で溶解する中間部材70にて中間層を形成する。例えば中間部材70として水溶性シートまたはフィルムを用い、当該水溶性シートまたはフィルムを円筒治具EJの外周面に巻きつけて中間層を形成する。
次の工程(B)では、中間層の上からファイバレーザ用光ファイバ10を螺旋状に巻回する。図5(B)の例では、反射手段FBG1、FBG2を一方端と他方端に設けたファイバレーザ用光ファイバ10を巻回している。
次の工程(C)では、巻回したファイバレーザ用光ファイバ10に、励起光ユニット30の励起光導光ファイバ20の各出射面を接合する。接合には、例えばCO2レーザを用いて溶融接合することができる。各接合個所Sが円筒治具EJの軸に平行な方向に一列に並んでいるので、円筒治具EJ及び励起光ユニット30と、CO2レーザの出射部Cとを相対的に円筒治具EJの軸方向に移動しながらCO2レーザ光Lを出射して接合することで、より短時間で接合を行うことができる。なお、CO2レーザで接合する代わりに透明樹脂等で接着してもよい。
In the first step (A), the diameter D of the cylindrical jig EJ is set so as to be relatively large, and the
In the next step (B), the fiber laser
In the next step (C), each emission surface of the pumping
次の工程(D)では、ファイバレーザ用光ファイバ10と励起光導光ファイバ20との接合個所を含めて、巻回したファイバレーザ用光ファイバ10の巻回部(円筒部)を、所定の屈折率を有する固形化剤80を用いて固形化層を形成し、円筒状に固める。例えば固形化剤80として、光透過性の紫外線硬化樹脂、またはポリシロキサンやポリシランやポリシラザン等の石英系樹脂を用いる。なお、固形化剤80の屈折率は、ファイバレーザ用光ファイバ10がダブルクラッドである場合は特にどのような屈折率でもよく、シングルクラッドの場合は(第1)クラッド部材14よりも小さい屈折率であることが好ましいが、最終的には、この固形化剤80の周囲が大気となるため、この大気の屈折率よりも大きな屈折率であれば、クラッド部材14と同等の屈折率でもよいしクラッド部材14よりも大きな屈折率であってもよい。
In the next step (D), the wound portion (cylindrical portion) of the wound fiber laser
ここで、工程(D)まで終わった時点の断面を図5(F)に示す。内側から順に、円筒治具EJ(中空に形成)、中間部材70による中間層、巻回したファイバレーザ用光ファイバ10、固形化剤80による固形化層の各層が形成されている。なお、ファイバレーザ用光ファイバ10と励起光導光ファイバ20との接合個所Sが固形化剤80で周囲を覆われて保護されるので、接合個所Sの破壊や断線等を防止できる。
そして、次の工程(E)では、中間部材70を所定の溶剤で溶解し、更に円筒治具EJの径DをビスBで小さく設定して、円筒治具EJを抜き取る。これにより、図5(F)の状態から中間部材70と円筒治具EJを除去する。なお、円筒治具EJの側面に外周面から内周面へと貫通する複数の孔やスリット等を形成しておくと、所定の溶剤が円筒治具EJにおいて中空に形成された内壁側からも中間部材70を溶解できるので、より短時間に溶解することができる。
Here, FIG. 5F shows a cross section at the time when the process (D) is completed. From the inside, a cylindrical jig EJ (formed hollow), an intermediate layer formed by the
In the next step (E), the
以上の説明では所定の溶剤で溶解する中間部材70を用いたが、円筒治具EJを所定の溶剤で溶解する材質で構成すれば、中間部材70を省略できる。この場合、円筒治具EJは径が可変でなくともよい。
最初の工程では、上記の工程(B)と同様、円筒治具EJの外周面にファイバレーザ用光ファイバ10を巻回する。
次の工程では、上記の工程(C)と同様、巻回したファイバレーザ用光ファイバ10に、励起光ユニット30の励起光導光ファイバ20の各出射面を接合する。
次の工程では、上記の工程(D)と同様、固形化剤80で巻回部を固めて円筒状に固める。
そして次の工程では、所定の溶剤で円筒治具EJを溶解して除去する。なお、円筒治具EJの側面に外周面から内周面へと貫通する孔やスリット等を設けておくと、より短時間に溶解させることができる。
In the above description, the
In the first step, the fiber laser
In the next step, as in the step (C), the respective emission surfaces of the pumping
In the next step, like the step (D), the winding portion is solidified with a solidifying
In the next step, the cylindrical jig EJ is dissolved and removed with a predetermined solvent. In addition, if a hole or a slit penetrating from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface is provided on the side surface of the cylindrical jig EJ, the cylindrical jig EJ can be dissolved in a shorter time.
以上に説明した製造方法によれば、ファイバレーザ用光ファイバ10を巻きつけた円筒治具を除去できるため、ファイバレーザ用光ファイバ10が接触しているのは固形化剤80または大気である。ファイバレーザ用光ファイバ10が他の部材に接触していると、そこから光(この場合、励起光)が漏れることがあるが、本実施の形態では、(所定の屈折率の)固形化剤80または(所定の屈折率の)大気であるため、光が漏れることがなく、レーザ発振効率をより向上させることができる。
また、被覆を剥がしたシングルクラッドのファイバレーザ用光ファイバ10を用いることが可能なため、安価に実現することができる。更に、被覆を剥がした円筒部を固形化剤80で保護できるので、ファイバレーザ用光ファイバ10の破損、傷つき等を防止することができる。
According to the manufacturing method described above, since the cylindrical jig around which the fiber laser
Further, since the single-clad fiber laser
●[高出力化する例(図6)]
次に、図6を用いて、図1に示すファイバレーザ発振器1を高出力化する例について説明する。図6の例は、図1の例に対して、励起光ユニット30を2個備え、出力レーザ光Loutの出力を高出力化している。更に高出力化するためには、3個目、4個目の励起光ユニット30を同様に追加していけばよいので、高出力化が容易である。また、図8(A)にて説明した従来のファイバレーザ発振器に対して、励起光導光ファイバ20及び励起光源34を増やしても、煩雑にならずにコンパクトに筐体内に収めることが容易なファイバレーザ発振器を構成することができる。
なお、図6の例では、出力レーザ光Loutをコリメートレンズ90にて平行光に変換して、集光レンズ92にて径が小さくなるように集光し、レーザ光の密度を高めている。
図6の例では円筒部50の軸方向に励起光ユニット30を並列的に並べたが、円筒部50の軸を中心として放射状に励起光ユニット30を並べるようにしてもよい(放熱台31が大型化した場合に有効となる)。
● [Example of high output (Fig. 6)]
Next, an example of increasing the output of the fiber laser oscillator 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. The example of FIG. 6 includes two pumping
In the example of FIG. 6, the output laser light Lout is converted into parallel light by the
In the example of FIG. 6, the
●[ファイバレーザ用光ファイバ10を巻回した筒体95を残したファイバレーザ発振器1の例(図7)]
以上に説明した図5を用いたファイバレーザ発振器1の製造方法では、円筒治具EJを抜き取り、または溶解させることで、巻回したファイバレーザ用光ファイバ10の内側は中空であるが、筒体95にファイバレーザ用光ファイバ10を巻回して、そのまま筒体95を残しておいてもよい(図7参照)。
この場合、筒体95は、入射された励起光を漏らさないように、所定の屈折率(好ましくはファイバレーザ用光ファイバ10のクラッド部材14よりも小さな屈折率)の材質で形成、または励起光を全反射するコーティングが外周面に施されている。
なお、巻回したファイバレーザ用光ファイバ10の巻回部(円筒部)を、固形化剤80(光透過性の紫外線硬化樹脂、またはポリシロキサンやポリシランやポリシラザン等の石英系樹脂)にて固めて固定することが好ましい。また、筒体95の形状は、内部が中空である筒状に限定されず、円柱形状等、ファイバレーザ用光ファイバ10を巻回できる棒状体であれば、どのような形状であっても良い。例えば四角柱状であっても、四角柱の四隅にのみ接するようにファイバレーザ用光ファイバ10を円筒状に巻回すれば良い。
[Example of the fiber laser oscillator 1 in which the
In the method of manufacturing the fiber laser oscillator 1 using FIG. 5 described above, the inner side of the wound fiber laser
In this case, the
The wound portion (cylindrical portion) of the wound fiber laser
本発明のファイバレーザ発振器1は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本実施の形態では、反射手段FBG1、FBG2を備えた構成の例を説明したが、反射手段FBG2省略してもよい。また、反射手段FBG1として凹面鏡等の光学系の反射手段で反射して戻してもよい。なお、発生した出力レーザ光Loutをファイバレーザ用光ファイバ10の両端から取り出す場合は反射手段FBG1、FBG2を省略することができる。
The fiber laser oscillator 1 of the present invention is not limited to the appearance, configuration, structure, and the like described in the present embodiment, and various modifications, additions, and deletions can be made without changing the gist of the present invention.
In the present embodiment, the example of the configuration including the reflection means FBG1 and FBG2 has been described, but the reflection means FBG2 may be omitted. Further, the reflection means FBG1 may be reflected back by an optical reflection means such as a concave mirror. When the generated output laser light Lout is taken out from both ends of the fiber laser
1 ファイバレーザ発振器
10 ファイバレーザ用光ファイバ
12 コア部材
14 (第1)クラッド部材
16 (第2)クラッド部材
20 励起光導光ファイバ
22 導光コア部材
24 クラッド部材
28 被覆
30 励起光ユニット
34 励起光源
50 円筒部
70 中間部材
80 固形化剤
95 筒体
EJ 円筒治具
S 接合個所
FBG1、FBG2 反射手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
複数の励起光源と、
前記複数の励起光源の各々から出射された各励起光が導光された複数の励起光導光ファイバと、を備えたファイバレーザ発振器であって、
前記ファイバレーザ用光ファイバは、螺旋状に巻回されて円筒状に形成されており、
前記複数の励起光導光ファイバの出射面の各々は、巻回された前記ファイバレーザ用光ファイバの巻回方向に沿うように、n巻目(nは、1以上の任意の整数)のファイバレーザ用光ファイバに対して1本の励起光導光ファイバの出射面が接合されており、且つ接合個所において励起光導光ファイバからファイバレーザ用光ファイバへ導光された励起光が前記クラッド部材内に閉じ込められるように、前記ファイバレーザ用光ファイバに対して前記励起光導光ファイバが所定角度で接合されている、
ファイバレーザ発振器。 An optical fiber for a fiber laser having a core member that generates laser oscillation light in the longitudinal direction when excited by excitation light, and confining and guiding incident excitation light in a cladding member that covers the periphery of the core member; ,
A plurality of excitation light sources;
A plurality of pumping light guide fibers guided by each pumping light emitted from each of the plurality of pumping light sources, and a fiber laser oscillator comprising:
The optical fiber for the fiber laser is spirally wound and formed into a cylindrical shape,
Each of the exit surfaces of the plurality of pumping light guide fibers has an n-th (n is an arbitrary integer greater than or equal to 1) fiber laser so as to be along the winding direction of the wound optical fiber for a fiber laser. The exit surface of one pumping light guide fiber is bonded to the optical fiber, and the pumping light guided from the pumping light guide fiber to the fiber laser fiber is confined in the cladding member at the joint. The excitation light guide fiber is bonded at a predetermined angle to the fiber laser optical fiber,
Fiber laser oscillator.
前記励起光導光ファイバの出射面の各々が接合された複数の前記接合個所は、円筒状に形成されたファイバレーザ用光ファイバにおける前記円筒の軸に平行となるように一列に並んでおり、更に、ファイバレーザ用光ファイバのm巻毎(mは、1以上の任意の整数)に並んでいる、
ファイバレーザ発振器。 The fiber laser oscillator according to claim 1,
The plurality of joint portions where the emission surfaces of the excitation light guiding fibers are joined are arranged in a row so as to be parallel to the axis of the cylinder in the optical fiber for a fiber laser formed in a cylindrical shape. , Arranged every m turns (m is an arbitrary integer of 1 or more) of the optical fiber for the fiber laser,
Fiber laser oscillator.
巻回された前記ファイバレーザ用光ファイバは、前記接合個所を含めて、所定の屈折率を有する固形化剤で円筒状に固められている、
ファイバレーザ発振器。 The fiber laser oscillator according to claim 1 or 2,
The wound optical fiber for a fiber laser is solidified in a cylindrical shape with a solidifying agent having a predetermined refractive index, including the joint portion.
Fiber laser oscillator.
螺旋状に巻回された前記ファイバレーザ用光ファイバは、所定の屈折率を有する棒状体、あるいは前記励起光を全反射するコーティングが外周面に施された棒状体に巻回されている、
ファイバレーザ発振器。 The fiber laser oscillator according to any one of claims 1 to 3,
The optical fiber for a fiber laser wound in a spiral shape is wound around a rod-shaped body having a predetermined refractive index, or a rod-shaped body having a coating that totally reflects the excitation light applied to the outer peripheral surface.
Fiber laser oscillator.
径が可変に構成された略円筒形状の円筒治具を用い、
前記円筒治具の径を所定径に設定して、前記円筒治具の外周面に所定の溶剤で溶解する中間部材にて中間層を形成する工程と、
前記中間層の上から前記ファイバレーザ用光ファイバを螺旋状に巻回する工程と、
巻回した前記ファイバレーザ用光ファイバに前記励起光導光ファイバの出射面の各々を接合する工程と、
前記接合個所を含めて、巻回した前記ファイバレーザ用光ファイバに前記固形化剤を塗布して、前記ファイバレーザ用光ファイバの巻回部を円筒状に固める工程と、
前記所定の溶剤にて前記中間層を形成している前記中間部材を溶解し、更に、前記円筒治具の径を小さくして、円筒状に固めた前記ファイバレーザ用光ファイバの巻回部から前記円筒治具を抜き取る工程と、を有する、
ファイバレーザ発振器の製造方法。 A method of manufacturing a fiber laser oscillator according to claim 3,
Using a substantially cylindrical jig whose diameter is variable,
Setting the diameter of the cylindrical jig to a predetermined diameter, and forming an intermediate layer with an intermediate member dissolved in a predetermined solvent on the outer peripheral surface of the cylindrical jig;
Spirally winding the fiber laser optical fiber from above the intermediate layer;
Bonding each of the exit surfaces of the excitation light guide fiber to the wound fiber laser optical fiber;
Applying the solidifying agent to the wound optical fiber for the fiber laser, including the joint, and solidifying the wound portion of the optical fiber for the fiber laser into a cylindrical shape;
The intermediate member forming the intermediate layer is dissolved with the predetermined solvent, and further, the diameter of the cylindrical jig is reduced, and from the winding portion of the optical fiber for fiber laser that is solidified in a cylindrical shape Withdrawing the cylindrical jig,
Manufacturing method of fiber laser oscillator.
所定の溶剤で溶解する略円筒形状の円筒治具を用い、
前記円筒治具の上から前記ファイバレーザ用光ファイバを螺旋状に巻回する工程と、
巻回した前記ファイバレーザ用光ファイバに前記励起光導光ファイバの出射面の各々を接合する工程と、
前記接合個所を含めて、巻回した前記ファイバレーザ用光ファイバに前記固形化剤を塗布して、前記ファイバレーザ用光ファイバの巻回部を円筒状に固める工程と、
前記所定の溶剤にて前記円筒治具を溶解する工程と、を有する、
ファイバレーザ発振器の製造方法。
A method of manufacturing a fiber laser oscillator according to claim 3,
Using a substantially cylindrical cylindrical jig that dissolves in a predetermined solvent,
A step of spirally winding the optical fiber for a fiber laser from above the cylindrical jig;
Bonding each of the exit surfaces of the excitation light guide fiber to the wound fiber laser optical fiber;
Applying the solidifying agent to the wound optical fiber for the fiber laser, including the joint, and solidifying the wound portion of the optical fiber for the fiber laser into a cylindrical shape;
Dissolving the cylindrical jig with the predetermined solvent,
Manufacturing method of fiber laser oscillator.
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JP2010286534A (en) * | 2009-06-09 | 2010-12-24 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Optical fiber coupling structure and method of manufacturing the same |
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