JP2012104748A - 光ファイバ増幅器、及び、それを用いたファイバレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パワーの大きな出力光を得ることができる光ファイバ増幅器、及び、それを用いたファイバレーザ装置を提供する。
【解決手段】 光ファイバ増幅器２は、励起光を出力する励起光源２０と、励起光により励起される活性元素が添加されたコア３１と、励起光が入力するクラッド３２と、を有する増幅用光ファイバ３０と、増幅用光ファイバ３０の少なくとも一部を収納する筐体６０と、筐体６０内における増幅用光ファイバ３０の少なくとも一部が浸漬されるように筐体６０内に充填され、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２よりも屈折率が低い液体５と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ファイバ増幅器、及び、それを用いたファイバレーザ装置に関し、特に、パワーの大きな出力光を得ることができる光ファイバ増幅器、及び、それを用いたファイバレーザ装置に関する。

光ファイバ増幅器を用いたファイバレーザ装置は、加工機、医療機器、測定器の分野等において用いられ、この光ファイバ増幅器は、増幅用光ファイバにおいて増幅された光が出力されるものである。下記特許文献１には、このような光ファイバ増幅器が記載されており、この光ファイバ増幅器に用いられる増幅用光ファイバは、活性元素が添加され、被増幅光が伝播するコアと、コアを被覆し、励起光が伝播するクラッドと、クラッドを被覆する外部クラッドとを有するものである。この外部クラッドは、一般的に樹脂から構成されている。

米国特許４，８２９，５２９号明細書

ところで、近年、ファイバレーザ装置においては、その用途の拡大と共に、よりパワーの大きな出力光が求められている。このようにファイバレーザ装置からパワーの大きな出力光を得るためには、増幅用光ファイバに入力する励起光のパワーを高くして、増幅用光ファイバにおいて、より高い増幅率で光を増幅すれば良い。しかし、励起光のパワーが高くなると、励起光の一部を樹脂から成る外部クラッドが吸収することにより、外部クラッドにおいて生じる熱や、光が増幅する際に生じる熱により、増幅用光ファイバを焼損する虞がある。従って、増幅用光ファイバに入力する励起光のパワーをあまり高くすることができず、パワーの大きな出力光を得ることが困難という問題がある。

そこで、本発明は、パワーの大きな出力光を得ることができる光ファイバ増幅器、及び、それを用いたファイバレーザ装置を提供することを目的とする。

本発明の光ファイバ増幅器は、励起光を出力する励起光源と、前記励起光により励起される活性元素が添加されたコアと、前記励起光が入力するクラッドと、を有する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの少なくとも一部を収納する筐体と、前記筐体内における前記増幅用光ファイバの少なくとも一部が浸漬されるように前記筐体内に充填され、前記増幅用光ファイバの前記クラッドよりも屈折率が低い液体と、を備えることを特徴とするものである。

このような光ファイバ増幅器によれば、筐体内の液体は、増幅用光ファイバのクラッドよりも屈折率が低いため、増幅用光ファイバが液体に浸漬している部分においても、クラッドから液体へ励起光が漏れ出すことがほとんど無く、クラッドは励起光を伝播することができる。そして、増幅用光ファイバが浸漬されている部分において、励起された活性元素が誘導放出する際に、熱が生じる場合においても、発生した熱が、周りの液体に吸収されるので、増幅用光ファイバが高温になることが抑制される。また、励起光の一部が、液体に吸収されて熱に変換される場合や、上記の様に増幅用光ファイバの熱が液体に吸収される場合においても、液体は、対流可能であるため、熱が増幅用光ファイバの周りに留まることを抑制でき、増幅用光ファイバが高温になることが抑制できる。このように、増幅用光ファイバが高温になることが抑制できるので、パワーの大きな励起光を入力することができ、コアを伝播する光をより高い増幅率で増幅することができる。このため、パワーの大きな出力光を出力することができる。

また、上記光ファイバ増幅器において、コアと、前記液体よりも屈折率が高いクラッドと、を有し、前記クラッドが、一方側から他方側にかけて縮径されたテーパ部を有するブリッジファイバを更に備え、前記ブリッジファイバは、前記他方側の端部が前記増幅用光ファイバに接続されると共に、前記テーパ部の少なくとも一部が、前記液体に浸漬されており、前記励起光は、前記ブリッジファイバの前記一方側の端部から前記ブリッジファイバを介して前記増幅用光ファイバに入力されることが好ましい。

このような光ファイバ増幅器によれば、ブリッジファイバの縮径されていない側において、比較的パワー密度の小さな励起光を入力しても、ブリッジファイバからの出力端においては、パワー密度を高めることができる。ところで、このようなブリッジファイバの様に、クラッドがテーパ部を有する場合においては、テーパ部において励起光が放出され易く、その際に光が熱に変換される場合がある。しかし、このような光ファイバ増幅器によれば、テーパ部の液体に浸漬されている部分から光が放出され、その光が熱に変換される場合においても、液体によりブリッジファイバが冷却されるため、ブリッジファイバが高温になることを抑制することができる。従って、よりパワー密度の高い励起光をブリッジファイバに入力することができ、パワーのより大きな出力光を出力することができる。

さらに、上記光ファイバ増幅器において、前記ブリッジファイバにおける前記クラッドの縮径されていない部分が、前記筐体に固定されていることが好ましい。

ブリッジファイバにおいては、上述のようにテーパ部において比較的光が放出され易いが、このような光ファイバ増幅器においては、ブリッジファイバのクラッドが縮径されていない部分が、筐体に固定されるため、ブリッジファイバが固定されている場所において、光が放出されることを抑制することができる。また、ブリッジファイバの縮径されていない部分においては、縮径されている部分と比べてクラッドを伝播する光のパワー密度が小さい。従って、ブリッジファイバのクラッドを伝播する光の一部が放出されて、筐体において熱に変換されることがあっても、筐体が加熱されて、高温になることを抑制することができる。

また、上記光ファイバ増幅器において、前記ブリッジファイバは、前記ブリッジファイバの前記クラッドよりも屈折率が低い樹脂を介して、前記筐体に固定されることが好ましい。

このような光ファイバ増幅器によれば、ブリッジファイバの筐体に固定される部分において、励起光がブリッジファイバの外に放出されづらい。従って、励起光がブリッジファイバから放出されて、放出された励起光が筐体において熱に変換されることを抑制することができる。従って、筐体が発熱することを抑制でき、高温になることを抑制することができる。

また、上記光ファイバ増幅器において、コアと、クラッドと、を有する出力用光ファイバを更に備え、前記増幅用光ファイバは、前記励起光が入力する側と反対側の端部が、前記出力用光ファイバに接続され、前記出力用光ファイバにおける前記クラッドの少なくとも一部は、前記出力用光ファイバの前記クラッドよりも屈折率が高い光放出部材により被覆されており、前記光放出部材は、光を熱に変換する熱変換部材に接続されており、前記熱変換部材は、前記液体に接触していることが好ましい。

このような光ファイバ増幅器によれば、増幅用光ファイバと出力用光ファイバとの接続部において、増幅用光ファイバのコアから出力される出力光の一部が出力用光ファイバのクラッドに漏れる場合や、増幅用光ファイバにおいて光の増幅に用いられずに、増幅用光ファイバのクラッドから出力される余剰励起光が、出力用光ファイバのクラッドに入力される場合においても、この光を光放出部材から出力用光ファイバの外に放出することができる。そして、放出された光は熱変換部材により、熱に変換されるが、この熱変換部材は、液体に接触しているため、液体により冷却される。従って、熱変換部材が高温になることを抑制でき、安全性を優れた光ファイバ増幅器とすることができる。

さらに、上記光ファイバ増幅器において、前記筐体の一部が、前記熱変換部材を兼ねていることが好ましい。

このような光ファイバ増幅器によれば、筐体と熱変換部材とを別個に設ける必要が無いため、簡易な構造にすることができ、更に、熱変換部材から筐体に熱を逃がすことができるため、熱変換部材が、高温になることを抑制することができる。

また、上記光ファイバ増幅器において、前記筐体は、金属製であることが好ましい。

このような光ファイバ増幅器によれば、筐体が熱伝導性に優れるため、液体が温まる場合においても、筐体を介して、液体の熱を効率良く外部に放出することができる。

また、上記光ファイバ増幅器において、前記液体は水であることが好ましい。

このような上記光ファイバ増幅器によれば、光は水に吸収されづらいため、液体における熱の発生そのものを抑制することができる。また、増幅用光ファイバで発生した熱を吸収する場合においても、水は燃焼しないため、信頼性の高い光ファイバ増幅器にすることができる。

また、上記光ファイバ増幅器において、前記液体は、強制対流されることが好ましい。

このような上記光ファイバ増幅器によれば、熱が１カ所に留まり局所的に高温になることを、より防止することができる。

また、本発明のファイバレーザ装置は、上記のいずれかの光ファイバ増幅器と、前記増幅用光ファイバの前記コアに入力される種光を出力する種光源と、を備えることを特徴とするものである。

このようなファイバレーザ装置によれば、大きなパワーの励起光を増幅用光ファイバに入力することができるので、種光を高い増幅率で増幅することができ、パワーの大きな出力光を出力することができる。

或いは、本発明のファイバレーザ装置は、上記のいずれかの光ファイバ増幅器と、前記増幅用光ファイバの前記コアの一方側に設けられ、前記活性元素が放出する自然放出光の少なくとも一部を反射する第１ミラーと、前記増幅用光ファイバの前記コアの他方側に設けられ、前記第１ミラーが反射する光と同じ波長の光を、前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、を備えることを特徴とするものである。

このようなファイバレーザ装置によれば、大きなパワーの励起光を増幅用光ファイバに入力することができるので、第１ミラーと第２ミラーとの間を共振する光を高い増幅率で増幅することができ、パワーの大きな出力光を出力することができる。

以上のように、本発明によれば、パワーの大きな出力光を得ることができる光ファイバ増幅器、及び、それを用いたファイバレーザ装置が提供される。

本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。 図１の増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。

以下、本発明に係る光ファイバ増幅器、及び、それを用いたファイバレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。

図１に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置１は、種光を出力する種光源１０と、種光源１０から出力した種光を増幅する光ファイバ増幅器２とを主な構成として備えており、ＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置とされる。

また、光ファイバ増幅器２は、励起光を出力する励起光源２０と、種光と励起光とが入力するブリッジファイバ４０と、ブリッジファイバ４０に接続される増幅用光ファイバ３０と増幅用光ファイバ３０におけるブリッジファイバ４０と接続される側と反対側に接続される出力用光ファイバ５０と、増幅用光ファイバ３０を収納する筐体６０とを主な構成として備える。なお、図１においては、筐体６０は、理解の容易のため断面図で示している。

種光源１０は、例えば、レーザダイオードから成るレーザ光源や、ファブリペロー型やファイバリング型のファイバレーザ装置から構成されている。この種光源１０から出力される種光は、特に制限されるものではないが、後述のように、増幅用光ファイバ３０のコア３１に添加される活性元素がイッテルビウム（Ｙｂ）である場合には、例えば、波長が１０７０ｎｍのレーザ光とされる。また、種光源１０は、コア、及び、コアを被覆するクラッドから構成される被増幅光用ファイバとしての種光用ファイバ１５に接続されており、種光源１０から出力される種光は、種光用ファイバ１５のコアを伝播する。種光用ファイバ１５としては、例えば、シングルモードファイバが挙げられ、この場合、種光は種光用ファイバ１５をシングルモード光として伝播する。この種光用ファイバ１５のコアの直径は、例えば、６μｍとされ、クラッドの外径は、例えば、１２５μｍとされる。なお、図１においては、種光用ファイバ１５のクラッドは省略している。

励起光源２０は、複数のレーザダイオード２１から構成され、後述のように、増幅用光ファイバ３０のコア３１に添加される活性元素がＹｂである場合であって、上述のように種光の波長が１０７０ｎｍの場合、例えば、波長が９１５ｎｍの励起光を出力する。また、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１は、励起光用ファイバ２５に接続されており、レーザダイオード２１から出力される励起光は、励起光用ファイバ２５を伝播する。励起光用ファイバ２５としては、例えば、マルチモードファイバが挙げられ、この場合、励起光は励起光用ファイバ２５をマルチモード光として伝播する。この励起光用ファイバ２５は、例えば、コアの直径が１０５μｍとされ、クラッドの外径が１２５μｍとされる。なお、図１においては、励起光用ファイバ２５のクラッドは省略している。

図２は、図１の増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。図２に示すように、増幅用光ファイバ３０は、コア３１と、コア３１を被覆するクラッド３２とから構成されている。クラッド３２の屈折率はコア３１の屈折率よりも低くされている。また、コア３１の直径は、例えば、４μｍとされ、クラッド３２の外径は、例えば２５０μｍとされている。

コア３１を構成する材料としては、例えば、励起光源２０から出力される励起光により励起状態とされるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素添加された石英が挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ｙｂの他にツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）やクロム（Ｃｒ）等が挙げられる。また、コア３１を構成する石英には、必要に応じてコア３１の屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素が添加される。また、クラッド３２を構成する材料としては、コア３１を構成する石英に屈折率を上昇させる元素が添加されている場合には、例えば、何らドーパントが添加されていない石英が挙げられ、コア３１を構成する石英に屈折率を上昇させる元素が添加されていない場合には、屈折率を低下させるフッ素等のドーパントが添加された石英が挙げられる。

なお、上述のように増幅用光ファイバ３０のコア３１にドーパントとしてＹｂが添加されている場合においては、上述の種光源１０から出力される種光は、特に制限されるものではないが、例えば、波長が１０７０ｎｍのレーザ光とされ、さらに、それぞれのＬＤ２１から出力される励起光は、特に制限されないが、例えば、波長が９１５ｎｍのレーザ光とされる。

ブリッジファイバ４０は、図１に示すように、径方向の中心に設けられるコア４１と、コア４１を被覆するクラッド４２とを有しており、一方側から他方側にかけて外径が縮径されている部分を有するテーパファイバである。具体的には、ブリッジファイバ４０のクラッド４２は、一方側の外径が一定とされ、一方側から他方側に向かう途中から外径が徐々に小さくなるように形成されており、この徐々に縮径された部分がテーパ部４３とされている。そして、クラッド４２の他方側の端部４８が、最も縮径されている。

このブリッジファイバ４０のクラッド４２の外径は、特に限定されないが、縮径されていない一方側において、例えば、６２５μｍとされ、縮径されている側の端部４８において、例えば、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の外径と等しくされる。そして、コア４１の直径は、特に限定されないが、縮径されていない一方側において、種光用ファイバ１５のコアの直径より大きくされ、縮径された他方の端部３８において、増幅用光ファイバ３０のコア３１の直径と等しくされている。上述のように、種光用ファイバ１５のコアの直径が６μｍとされ、増幅用光ファイバ３０のコア３１の直径が４μｍとされている場合、例えば、ブリッジファイバ４０のコア４１の直径は、縮径されていない一方側において１０μｍとされ、縮径された端部３８において４μｍとされる。

また、クラッド４２の屈折率は、コア４１の屈折率よりも低くされている。このようなコア４１の材料としては、例えば、ゲルマニウムが添加された石英が挙げられ、クラッド３２を構成する材料としては、例えば、添加物のない石英が挙げられる。

そして、ブリッジファイバ４０の縮径されていない一方の端部４７と、種光用ファイバ１５及び複数の励起光用ファイバ２５とが、端面接続されている。具体的には、種光用ファイバ１５のコアとブリッジファイバ４０のコア４１とが接続され、種光用ファイバ１５のクラッドとブリッジファイバ４０のクラッド４２とが接続され、さらに、それぞれの励起光用ファイバ２５のコアとブリッジファイバ４０のクラッド４２とが接続されている。励起光用ファイバは、例えば、１９本接続される。また、ブリッジファイバ４０の縮径されている他方側の端部４８と増幅用光ファイバ３０の一方側の端部３７とが端面接続されており、ブリッジファイバ４０のコア４１と増幅用光ファイバ３０のコア３１とが接続され、ブリッジファイバ４０のクラッド４２と増幅用光ファイバ３０のクラッド３２とが接続されている。

出力用光ファイバ５０は、長手方向に垂直な断面における構造が増幅用光ファイバ３０と同様とされ、コア５１と、クラッド５２とを有している。コア５１の直径は、増幅用光ファイバ３０のコア３１の直径と同じとされ、クラッド５２の外径は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の外径と同じとされている。そして、クラッド５２の屈折率は、コア５１の屈折率よりも低くされ、コア５１は、例えば、ブリッジファイバ４０のコア４１と同じ材料から構成され、クラッド５２は、例えば、ブリッジファイバ４０のクラッド４２と同じ材料から構成されている。

また、出力用光ファイバ５０の一方側の端部５７は、増幅用光ファイバの他方側の端部３８に接続されており、出力用光ファイバ５０のコア５１と増幅用光ファイバ３０のコア３１とが接続され、出力用光ファイバ５０のクラッド５２と増幅用光ファイバ３０のクラッド３２とが接続されている。また、出力用光ファイバ５０の他方側の端部５８には、何も接続されておらず、出力端とされている。

筐体６０は、金属製の容器であり、例えば、表面に黒色のアルマイト加工が施されたアルミ合金から成る。この筐体６０には、所定の壁に開口が形成されており、更に、開口と対向する壁に熱変換部材６６が設けられている。熱変換部材６６は、筐体６０の一部から成り、筐体６０の内側及び外側に突出した形状をしている。そして、熱変換部材６６は、所定の空間を取り囲む形状をしており、筐体６０の内側から外側に抜ける貫通孔を有している。

増幅用光ファイバ３０は、この筐体６０内に収納されており、ブリッジファイバ４０は、テーパ部４３が筐体６０内に配置されて、種光用ファイバ１５及び励起光用ファイバ２５が接続されている一方側の端部４７が、開口から筐体６０の外側に突出している。さらに、ブリッジファイバ４０におけるクラッド４２の縮径されていない部分の外周面が、樹脂６３により、筐体６０の開口を形成している内周面に固定されており、樹脂６３により開口は封止されている。なお、この樹脂６３の屈折率は、ブリッジファイバ４０のクラッド４２の屈折率よりも低いことが、ブリッジファイバ４０のクラッド４２を伝播する光の放出を抑制できる観点から好ましい。

また、増幅用光ファイバ３０の他方側の端部３８は、熱変換部材６６の貫通孔から熱変換部材６６により取り囲まれた空間内に僅かに挿入されており、出力用光ファイバ５０は、この空間内から、熱変換部材６６の貫通孔を介して筐体６０の外側に導出されている。また、熱変換部材６６が取り囲む空間内には、出力用光ファイバ５０のクラッド５２よりも屈折率が高い光放出部材６５が充填されており、熱変換部材６６に接続されている。充填されている光放出部材６５は、熱変換部材６６内における出力用光ファイバ５０のクラッド５２の一部を被覆すると共に、熱変換部材６６の貫通孔を封止している。

こうして、開口及び熱変換部材６６の貫通孔が封止された状態において、筐体６０は、密閉されている。こうして密閉された筐体６０内には、液体５が充填されており、増幅用光ファイバ３０及びブリッジファイバ４０のテーパ部４３が、液体５に浸漬され、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２及びブリッジファイバ４０のテーパ部４３及び熱変換部材６６が、液体５に接触している。

この液体は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２及びブリッジファイバ４０のクラッド４２よりも屈折率が低い液体とされる。このような液体としては、水、フッ素系不活性液体等を挙げることができる。

次にファイバレーザ装置１の動作について説明する。

まず、種光源１０から所定の波長の種光が出力されると共に、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から所定の波長の励起光が出力される。このとき種光の波長は、例えば、上述のように１０７０ｎｍとされ、励起光の波長は、例えば、上述のように９１５ｎｍとされる。種光源１０から出力された種光は、種光用ファイバ１５のコアを伝播して、ブリッジファイバ４０のコア４１に入力する。また、励起光源２０から出力された励起光は、励起光用ファイバ２５を伝播しブリッジファイバ４０のクラッド４２に入力する。

ブリッジファイバ４０のコア４１に入力した種光は、コア４１を伝播して、増幅用光ファイバ３０のコア３１に入力して、コア３１を伝播する。

一方、ブリッジファイバ４０のクラッド４２に入力した励起光は、クラッド４２を伝播する。このとき、本実施形態においては、ブリッジファイバ４０におけるクラッド４２の縮径されていない部分が、筐体６０に固定されるため、ブリッジファイバ４０が固定されている場所において、励起光が放出されることを抑制することができる。また、ブリッジファイバ４０の縮径されていない部分においては、クラッド４２を伝播する光のパワー密度が比較的小さい。従って、この部分においてクラッド４２を伝播する励起光の一部が放出されて、筐体６０において熱に変換されることがあっても、筐体が過度に高温になることは無い。さらに、上述のようにブリッジファイバ４０のクラッド４２が、クラッド４２よりも屈折率の低い樹脂６３により、筐体６０に固定されている場合においては、クラッド４２を伝播する励起光がクラッド４２から放出されることを抑制することができるため好ましい。

そして、ブリッジファイバ４０の縮径されていない一方側において、パワー密度が比較的小さい励起光は、クラッド４２のテーパ部４３を伝播するに伴って、パワー密度が高くされる。このとき本実施形態においては、テーパ部４３が、クラッド４２よりも屈折率の低い液体５に浸漬されているため、テーパ部４３から励起光が液体５へ放出されることが抑制されている。そして、クラッド４２を伝播する励起光は、増幅用光ファイバ３０に入力し、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２を主に伝播する。

そして、励起光がコア３１を通過するときに活性元素を励起して、励起状態にされた活性元素は、種光による誘導放出を起こし、この誘導放出により種光が増幅されて、出力光として増幅用光ファイバ３０の他方側の端部３８におけるコア３１から出力される。

なお、増幅用光ファイバ３０は、クラッド３２よりも屈折率が低い液体５に浸漬されているため、クラッド３２を伝播する励起光は、クラッド３２から液体５へ放出されることが抑制されている。そして、上述のように、液体５が水や一般的なフッ素系不活性液体である場合には、クラッド３２から僅かに染み出る励起光を吸収することがほとんど無いため好ましく、さらに、水や一般的なフッ素系不活性液体は、増幅用光ファイバ３０が発熱する場合においても、燃焼しないため好ましい。

そして、増幅用光ファイバ３０のコア３１から出力した出力光は、出力用光ファイバ５０のコア５１に入力し、コア５１を伝播して、出力用光ファイバ５０の他方側の端部５８から出力光として出力する。

このとき、増幅用光ファイバ３０と出力用光ファイバ５０との接続部分において、コア３１とコア５１との軸ずれや、コア３１とコア５１との角度の不整合や、コア３１とコア５１とのモードフィールドの違い等により、増幅用光ファイバ３０のコア３１から出力される出力光の一部が漏れ光として出力用光ファイバ５０のクラッド５２に入力する場合がある。或いは、励起光が、増幅用光ファイバ３０において活性元素に吸収されずに、余剰励起光として出力されて、出力用光ファイバ５０のクラッド５２に入力する場合がある。これらの場合においても、クラッド５２が、屈折率がクラッド５２よりも高い光放出部材６５により被覆されているため、クラッド５２に入力した光は、光放出部材６５に放出される。そして、放出された光は、光放出部材６５から熱変換部材６６に達して熱に変換されて消滅する。熱変換部材６６は、出力用光ファイバ５０から放出された光により加熱するが、本実施形態においては、熱変換部材６６は、液体５に接触しているため、液体５により冷却される。

以上説明したように、本実施形態の光ファイバ増幅器２によれば、増幅用光ファイバ３０が液体５に浸漬されている部分において、励起された活性元素が誘導放出する際に熱が生じる場合においても、発生した熱が、増幅用光ファイバ３０の周りの液体５に吸収されるので、増幅用光ファイバ３０が高温になることが抑制される。また、クラッド３２を伝播する励起光の一部が、液体５に吸収されて熱に変換される場合や、上記の様に増幅用光ファイバ３０の熱が液体５に吸収される場合においても、液体５は、対流可能であるため、熱が増幅用光ファイバ３０の周りに留まることを抑制することができる。従って、増幅用光ファイバ３０が高温になることが抑制できるので、パワーの大きな励起光を入力することができ、コア３１を伝播する種光をより高い増幅率で増幅することができる。このため、パワーの大きな出力光を出力することができる。

また、本実施形態においては、筐体６０は、金属製であるため、熱伝導性に優れている。従って、増幅用光ファイバ３０や、熱変換部材６６において発生した熱を液体が吸収する場合においても、筐体６０を介して、液体５の熱を外部に効率良く放出することができる。なお、このような熱の外部への放出の効率を高める観点から、筐体６０には、ヒートシンクが設けられていることが好ましく、更に、送風手段により、筐体６０やヒートシンクに送風がされていることが更に好ましい。

また、本実施形態においては、筐体６０の一部が、熱変換部材６６を兼ねているため、筐体６０と熱変換部材６６とを個別に設ける必要が無く、簡易な構造にすることができ、更に、熱変換部材６６から筐体６０に熱を逃がすことができるため、熱変換部材６６が、過度に高温になることを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図３は、本発明の第２実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。

図２に示すように、本実施形態の本実施形態のファイバレーザ装置３は、第１実施形態における種光源１０を備えておらず、被増幅光用ファイバとしての種光用ファイバ１５に代わり、被増幅光用ファイバとしての共振光用ファイバ１６を備えている。この共振光用ファイバ１６は、第１実施形態における種光用ファイバ１５と同様の構成とされ、種光用ファイバ１５と同様にして、ブリッジファイバ４０に接続されており、ブリッジファイバ４０側と反対側の端部が終端部材１７に接続されている。また、本実施形態のファイバレーザ装置３は、更に、共振光用ファイバ１６のコアに設けられる第１ミラーとしての第１ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）７１と、出力用光ファイバ５０のコア５１に設けられる第２ミラーとしての第２ＦＢＧ７２を更に備える。なお、図３において、第１ＦＢＧ７１及び第２ＦＢＧ７２は記号で示している。

第１ＦＢＧ７１が設けられる共振光用ファイバ１６は、増幅用光ファイバ３０の一方側に接続されるブリッジファイバ４０に接続されているため、第１ＦＢＧ７１は、増幅用光ファイバ３０のコア３１の一方側に配置される。そして、第１ＦＢＧ７１は、増幅用光ファイバ３０のコア３１に添加されている活性元素が励起状態とされた場合に放出する自然放出光の一部の波長と同じ波長の光を、例えば、９９％の反射率で反射する。

第２ＦＢＧ７２が設けられる出力用光ファイバ５０は、増幅用光ファイバ３０に他方側において接続されているため、第２ＦＢＧ７２は、増幅用光ファイバ３０のコア３１の他方側に配置される。そして、第２ＦＢＧ７２は、第１ＦＢＧ７１が反射する光と同じ波長の光を第１ＦＢＧ７１よりも低い反射率で反射する。第２ＦＢＧ７２の反射率は、例えば３０％とされる。

このようなファイバレーザ装置３においては、まず励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から励起光が出力されて、励起光は、ブリッジファイバ４０のクラッド４２を介して、増幅用光ファイバ３０のクラッドに入力する。そして、励起光は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２を主に伝播し、コア３１を通過するときに、コア３１に添加されている活性元素を励起する。励起された活性元素は、自然放出光を放出して、この自然放出光の一部が、第１ＦＢＧ７１で反射して、この光を基に、第１ＦＢＧ７１と第２ＦＢＧ７２との間で、光の共振が起こる。そして、共振する光は、増幅用光ファイバ３０を通過する毎に増幅されて、増幅された光の一部が、第２ＦＢＧ７２を通過して、出力用光ファイバの他方の端部５８から出力光として出力する。

なお、第１ＦＢＧ７１を透過する僅かな光や、ブリッジファイバ４０から共振光用ファイバ１６のクラッドに侵入する光は、終端部材１７において熱に変換され消滅する。

本実施形態においても、増幅用光ファイバ３０は、クラッド３２よりも屈折率が低い液体５に浸漬されているため、クラッド３２を伝播する励起光は、クラッド３２から放出されることが抑制されている。また、クラッド３２を伝播する励起光の一部が、熱に変換されて発熱する場合においても、増幅用光ファイバ３０は、周りの液体５により冷却されるため、高温になることが抑制される。

また、本実施形態においても、出力用光ファイバ５０のクラッド５２に励起光や漏れ光が入力する場合においても、クラッド５２に入力した光は、屈折率がクラッド５２よりも高い光放出部材６５に放出され、放出された光は、光放出部材６５から熱変換部材６６に達して熱に変換されて消滅する。そして、熱変換部材６６は、出力用光ファイバ５０から放出された光により加熱するが、本実施形態においても、熱変換部材６６は、液体５に接触しているため、液体５により冷却される。

本実施形態のファイバレーザ装置３によれば、大きなパワーの励起光を増幅用光ファイバ３０に入力することができるので、第１ＦＢＧ７１と第２ＦＢＧ７２との間を共振する光を高い増幅率で増幅することができ、パワーの大きな出力光を出力することができる。

以上、本発明について、第１、第２実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、上記実施形態においては、増幅用光ファイバ３０の全体が液体５に浸漬されていたが、増幅用光ファイバ３０の一部が液体から露出していても良い。

また、上記実施形態において、増幅用光ファイバ３０の少なくとも一部が液体５に浸漬される限りにおいては、液体５の一部が固化していても良い。例えば、液体５が水である場合において、増幅用光ファイバ３０の周りが液状である限りにおいて、筐体６０の付近が氷になっていても良い。

また上記実施形態においては、ブリッジファイバ４０を備え、ブリッジファイバ４０を介して励起光を増幅用光ファイバに入力するものとしたが、ブリッジファイバ４０は、必須ではなく、励起光を増幅用光ファイバ３０に直接入力しても良い。この場合、増幅用光ファイバ３０の一方の端部３７を筐体６０から僅かに導出させて、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２に、直接励起光用ファイバ２５のコアを接続し、増幅用光ファイバ３０のコア３１に種光用ファイバ１５や共振光用ファイバ１６のコアを接続すれば良い。

また、上記実施形態において、筐体６０は、金属製であるとしたが、金属以外の材料から構成されても良い。ただし、熱伝導性に優れる観点から、筐体６０は、金属製であることが好ましい。

また、上記実施形態において、光放出部材６５や、熱変換部材６６を設けなくても良い。その場合、増幅用光ファイバ３０の他方の端部３８を筐体６０から僅かに導出させることにより出力用光ファイバ５０を省略することもできる。

また、上記実施形態においては、筐体６０の一部が熱変換部材６６を兼ねているものとしたが、筐体６０を熱変換部材６６とが個別に設けられていても良い。

また、第２実施形態において、第１ミラー及び第２ミラーとして、それぞれＦＢＧを用いたが、本発明は、第１ミラー及び第２ミラーとしてＦＢＧ以外を用いても良い。

また、液体５は、強制対流されても良い。この強制対流は、液体５を筐体６０内で滞留させても良く、筐体６０の外部に冷却機構を設けて、液体５が筐体６０と冷却機構との間で循環するように対流させても良い。このようにすることで、液体５において、熱が一カ所に留まることを防止でき、更に、冷却機構を設ける場合においては、より液体を冷却することができる。

本発明によれば、パワーの大きな出力光を得ることができる光ファイバ増幅器、及び、それを用いたファイバレーザ装置が提供される。

１、３・・・ファイバレーザ装置
２・・・光ファイバ増幅器
５・・・液体
１０・・・種光源
１５・・・種光用ファイバ
１６・・・共振光用ファイバ
１７・・・終端部材
２０・・・励起光源
２１・・・レーザダイオード
２５・・・励起光用ファイバ
３０・・・増幅用光ファイバ
３１・・・コア
３２・・・クラッド
４０・・・ブリッジファイバ
４１・・・コア
４２・・・クラッド
４３・・・テーパ部
５０・・・出力用光ファイバ
５１・・・コア
５２・・・クラッド
６０・・・筐体
６３・・・樹脂
６５・・・光放出部材
６６・・・熱変換部材
７１・・・第１ＦＢＧ
７２・・・第２ＦＢＧ

Claims (11)

1. 励起光を出力する励起光源と、
   前記励起光により励起される活性元素が添加されたコアと、前記励起光が入力するクラッドと、を有する増幅用光ファイバと、
   前記増幅用光ファイバの少なくとも一部を収納する筐体と、
   前記筐体内における前記増幅用光ファイバの少なくとも一部が浸漬されるように前記筐体内に充填され、前記増幅用光ファイバの前記クラッドよりも屈折率が低い液体と、
   を備える
   ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
2. コアと、前記液体よりも屈折率が高いクラッドと、を有し、前記クラッドが、一方側から他方側にかけて縮径されたテーパ部を有するブリッジファイバを更に備え、
   前記ブリッジファイバは、前記他方側の端部が前記増幅用光ファイバに接続されると共に、前記テーパ部の少なくとも一部が、前記液体に浸漬されており、
   前記励起光は、前記ブリッジファイバの前記一方側の端部から前記ブリッジファイバを介して前記増幅用光ファイバに入力される
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ増幅器。
3. 前記ブリッジファイバにおける前記クラッドの縮径されていない部分が、前記筐体に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ増幅器。
4. 前記ブリッジファイバは、前記ブリッジファイバの前記クラッドよりも屈折率が低い樹脂を介して、前記筐体に固定されることを特徴とする請求項２または３に記載の光ファイバ増幅器。
5. コアと、クラッドと、を有する出力用光ファイバを更に備え、
   前記増幅用光ファイバは、前記励起光が入力する側と反対側の端部が、前記出力用光ファイバに接続され、
   前記出力用光ファイバにおける前記クラッドの少なくとも一部は、前記出力用光ファイバの前記クラッドよりも屈折率が高い光放出部材により被覆されており、
   前記光放出部材は、光を熱に変換する熱変換部材に接続されており、
   前記熱変換部材は、前記液体に接触している
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ファイバ増幅器。
6. 前記筐体の一部が、前記熱変換部材を兼ねていることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ増幅器。
7. 前記筐体は、金属製であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ファイバ増幅器。
8. 前記液体は水であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ファイバ増幅器。
9. 前記液体は、強制対流されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ファイバ増幅器。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ファイバ増幅器と、
    前記増幅用光ファイバの前記コアに入力される種光を出力する種光源と、
    を備えることを特徴とするファイバレーザ装置。
11. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ファイバ増幅器と、
    前記増幅用光ファイバの前記コアの一方側に設けられ、前記活性元素が放出する自然放出光の少なくとも一部を反射する第１ミラーと、
    前記増幅用光ファイバの前記コアの他方側に設けられ、前記第１ミラーが反射する光と同じ波長の光を、前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、
    を備えることを特徴とするファイバレーザ装置。

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