JP2017026672A - Optical fiber for optical fiber grating and fiber laser device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光ファイバグレーティング用光ファイバおよびファイバレーザ装置に関する。 The present invention relates to an optical fiber for an optical fiber grating and a fiber laser device.
図9は、ファイバレーザ装置の一例を示す概略構成図である。
ファイバレーザ装置101は、励起用光源102と、光コンバイナ103と、光共振器104と、を備えている。
光共振器104は、増幅用コイル121を有する増幅用光ファイバ107と、第1の反射部122と、第2の反射部123と、を備えている。増幅用光ファイバ107の一端には入力側光ファイバ105が接続され、増幅用光ファイバ107の他端には出力側光ファイバ106が接続されている。増幅用光ファイバ107には、例えばYb添加コアファイバが用いられる。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a fiber laser device.
The
The
励起用光源102は、複数のレーザダイオード11で構成され、励起光を出力する。レーザダイオード11は、光ファイバ12を介して光コンバイナ103に接続されている。
光コンバイナ103は、複数のレーザダイオード11からの複数の励起光を結合する。
The
The
第1の反射部122は、入力側光ファイバ105の一部に設けられている。第1の反射部122は、増幅用光ファイバ107を伝搬するレーザ光を反射させる。
第2の反射部123は、出力側光ファイバ106の一部に設けられている。第2の反射部123は、増幅用光ファイバ107を伝搬するレーザ光の一部を反射させる。レーザ光は、第1の反射部122と第2の反射部123との間で共振し、増幅される。
The first reflecting
The second reflecting
第1の反射部122および第2の反射部123は、ファイバブラッググレーティング(FBG:Fiber Bragg Grating)で構成されている。FBGは、コアの長手方向(光伝搬方向)に周期的に屈折率が変化する部位(グレーティング)を形成した反射器である。これにより、FBGは、グレーティング周期に対応した特定の波長の光のみを反射させる。
第1の反射部122は高反射率(例えばほぼ100%)とされ、第2の反射部123は低反射率(例えば10%程度)とされる。
The
The first reflecting
図10(A)は、例えば入力側光ファイバ105に使用可能な光ファイバグレーティング用光ファイバ110(以下、単に光ファイバ110という)を示す断面図である。図10(B)は光ファイバ110の屈折率の分布を示す図である。
図10(A)に示すように、光ファイバ110は、光ファイバ裸線111と、光ファイバ裸線111の外周面に形成されたポリマークラッド層2と、ポリマークラッド層2の外周面に形成された保護被覆層3と、を有する。光ファイバ裸線111は、コア114およびそれを囲むクラッド5を有する。
コア114には、Geが添加されている。図10(B)では、Geが添加された領域に斜線のハッチングを付した。この図に示すように、Geはコア114の全体に添加され、Geの濃度はコア114の径方向に均一である。
FIG. 10A is a cross-sectional view showing an
As shown in FIG. 10A, the
Ge is added to the
ファイバレーザ装置に求められる特性としては、次の(1)、(2)がある。
(1)高出力のレーザ光を出力しても非線形光学効果(特に誘導ラマン散乱)による波長変換が生じないこと。
(2)出力するレーザ光がレンズにより集光しやすいこと。言い換えると、(ビーム品質を示す)M2が小さい値であること。
The characteristics required for the fiber laser device include the following (1) and (2).
(1) Even if high-power laser light is output, wavelength conversion due to nonlinear optical effects (particularly stimulated Raman scattering) does not occur.
(2) The laser beam to be output is easily condensed by the lens. In other words, M 2 (indicating beam quality) is a small value.
(1)に関しては、非線形光学効果の大きさは光路長に比例し、実効断面積(Aeff)に反比例する。
そのため、非線形光学効果を抑制するには、増幅用光ファイバ(Yb添加コアファイバ)の光路長を短くすることが有効である。
しかしながら、光路長を短くするには増幅用光ファイバのYb濃度を高くする必要があり、Ybの濃度が高くなると、フォトダークニングと呼ばれる現象によりレーザ出力パワーが低下するおそれがある。そのため、この手法により非線形光学効果を抑制することには限界がある。
Regarding (1), the magnitude of the nonlinear optical effect is proportional to the optical path length and inversely proportional to the effective area (A eff ).
Therefore, in order to suppress the nonlinear optical effect, it is effective to shorten the optical path length of the amplification optical fiber (Yb-doped core fiber).
However, in order to shorten the optical path length, it is necessary to increase the Yb concentration of the amplification optical fiber. When the Yb concentration is increased, the laser output power may be reduced due to a phenomenon called photodarkening. Therefore, there is a limit to suppressing the nonlinear optical effect by this method.
非線形光学効果を抑制するには、実効断面積(Aeff)を大きくすることも有効である。実効断面積を大きくするには、コアの屈折率を小さくするか、コア径を大きくする手法が考えられる。
しかしながら、コアの屈折率を小さくすると光の閉じ込めが難しくなり、曲げ損失が生じやすくなるために、ファイバレーザ装置のなかに光ファイバをコンパクトに収納することができなくなる。一般的には、コアの屈折率が0.1%未満になると実使用が難しくなると考えられる。
一方、コア径を大きくするとカットオフ波長が長波長になり、シングルモード条件を満たすことができなくなる。例えば、コアの屈折率が0.12%のとき、波長1060nmにおいてシングルモード条件を満たすためには、コア径は12μm程度(実効断面積は130μm2程度)までしか拡大できない。
この程度の実効断面積では、数百ワットクラスのCWファイバレーザ装置でも非線形光学効果が生じてしまう。
In order to suppress the nonlinear optical effect, it is also effective to increase the effective area (A eff ). In order to increase the effective area, a method of decreasing the refractive index of the core or increasing the core diameter can be considered.
However, if the refractive index of the core is reduced, it becomes difficult to confine light and bending loss tends to occur, so that the optical fiber cannot be accommodated in the fiber laser device in a compact manner. Generally, it is considered that actual use becomes difficult when the refractive index of the core is less than 0.1%.
On the other hand, when the core diameter is increased, the cut-off wavelength becomes longer and the single mode condition cannot be satisfied. For example, when the refractive index of the core is 0.12%, in order to satisfy the single mode condition at a wavelength of 1060 nm, the core diameter can only be increased to about 12 μm (effective cross-sectional area is about 130 μm 2 ).
With such an effective area, a nonlinear optical effect occurs even in a CW fiber laser device of several hundred watts class.
(2)に関しては、上述のとおり、シングルモードの制約下では実効断面積を大きくすることは難しいため、さらにコア径を大きくしてマルチモード光ファイバにせざるを得ない。例えば、コアの屈折率が0.12%のとき、コア径を18μmにすると実効断面積を210μm2程度まで大きくできるが、伝搬可能なモードはLP01、LP11の2つとなる。
さらにコア径を大きく、例えば28μmにすると、実効断面積を410μm2程度まで大きくでき、非線形光学効果の抑制には好適である。このとき、波長1060nmにおいて伝搬可能なモードはLP01、LP11、LP21、LP02、LP31、LP12の6つである。直径100mm程度の曲げ条件で収納すれば、実質的にLP21、LP02、LP31、LP12はカットオフされるが、LP01とLP11は安定して伝搬する。
第1の高次モードであるLP11が安定して伝搬することから、このコアで共振器を構成すると、レーザ出力光にLP11が混入し、M2の値が大きくなってしまう。
Regarding (2), as described above, since it is difficult to increase the effective area under the constraints of the single mode, the core diameter must be further increased to make a multimode optical fiber. For example, when the core refractive index is 0.12%, if the core diameter is 18 μm, the effective area can be increased to about 210 μm 2, but the modes that can be propagated are LP 01 and LP 11 .
Further, when the core diameter is increased, for example, 28 μm, the effective area can be increased to about 410 μm 2 , which is suitable for suppressing the nonlinear optical effect. At this time, there are six modes LP 01 , LP 11 , LP 21 , LP 02 , LP 31 , and LP 12 that can propagate at a wavelength of 1060 nm. When stored under a bending condition of about 100 mm in diameter, LP 21 , LP 02 , LP 31 and LP 12 are substantially cut off, but LP 01 and LP 11 propagate stably.
Since LP 11 which is the first higher-order mode propagates stably, if a resonator is configured with this core, LP 11 is mixed into the laser output light, and the value of M 2 becomes large.
この問題を克服するために、増幅用光ファイバであるYb添加コアファイバのYb添加領域を制限した光ファイバが提案されている(例えば特許文献1〜6)。
前記光ファイバでは、活性元素であるYbの濃度分布を基本モードの電界強度分布に近づけることで、高次モードの利得を抑制して基本モードを優先的に増幅する。
しかしながら、Ybの添加領域を制限すると、クラッドポンプ光の吸収率を低減させるおそれがあるため、Yb添加コアファイバを長尺とする必要が生じる。また、共振器内の異種光ファイバの融着点(例えば図9において、入力側光ファイバ105と増幅用光ファイバ107との融着点108、増幅用光ファイバ107と出力側光ファイバ106との融着点109など)で生じるLP11モードを十分に抑制できないという問題があり、ビーム品質の向上が要望されていた。
In order to overcome this problem, optical fibers in which the Yb-doped region of the Yb-doped core fiber that is an amplification optical fiber is limited have been proposed (for example,
In the optical fiber, the concentration distribution of the active element Yb is brought close to the electric field intensity distribution of the fundamental mode, so that the fundamental mode is preferentially amplified by suppressing the gain of the higher order mode.
However, if the Yb-added region is limited, the absorptance of the cladding pump light may be reduced, so that the Yb-added core fiber needs to be long. Also, the fusion point of different optical fibers in the resonator (for example, in FIG. 9, the
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ビーム品質を良好にできる光ファイバグレーティング用光ファイバを提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the optical fiber for optical fiber gratings which can make beam quality favorable.
本発明の一態様は、次数が異なる少なくとも2つのLPモードが伝搬可能なコアを有する光ファイバグレーティング用光ファイバであって、前記コアにはGeが添加され、前記コアの中心部におけるGe濃度が、前記コアの外周縁におけるGe濃度より高い光ファイバグレーティング用光ファイバを提供する。
前記コアは、前記中心部を含む内側領域と、前記内側領域の外周側の外側領域とを有することが好ましく、前記内側領域のGe濃度は、前記外側領域よりGe濃度より高くてよい。
前記外側領域は、Geが添加されていなくてもよい。
前記内側領域は、GeとBが共添加されていてもよい。
前記コアの径方向のGeの濃度分布は、前記少なくとも2つのLPモードのうち基本モードであるLP01モードのパワー分布に沿う分布としてよい。
前記コアには、Bが添加されてもよい。
前記コアの屈折率は、前記コアの径方向に一定とすることが好ましい。
One aspect of the present invention is an optical fiber for an optical fiber grating having a core capable of propagating at least two LP modes having different orders, wherein Ge is added to the core, and a Ge concentration in a central portion of the core is An optical fiber for an optical fiber grating having a higher Ge concentration in the outer peripheral edge of the core is provided.
The core preferably includes an inner region including the central portion and an outer region on the outer peripheral side of the inner region, and the Ge concentration in the inner region may be higher than that in the outer region.
The outer region may not be added with Ge.
The inner region may be co-doped with Ge and B.
The Ge concentration distribution in the radial direction of the core may be a distribution along the power distribution of the LP 01 mode which is a fundamental mode among the at least two LP modes.
B may be added to the core.
The refractive index of the core is preferably constant in the radial direction of the core.
本発明の一態様は、励起光を出力する励起用光源と、前記励起光が入力される増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一端側に設けられ、光ファイバグレーティングである第1の反射部を有する入力側光ファイバと、前記増幅用光ファイバの他端側に設けられ、光ファイバグレーティングである第2の反射部を有する出力側光ファイバと、を備え、前記入力側光ファイバと前記出力側光ファイバのうち少なくともいずれか一方は、前記光ファイバグレーティング用光ファイバからなるファイバレーザ装置を提供する。 One aspect of the present invention is an optical fiber grating provided with an excitation light source that outputs excitation light, an amplification optical fiber to which the excitation light is input, and one end side of the amplification optical fiber. An input side optical fiber having a reflection part; and an output side optical fiber provided on the other end side of the amplification optical fiber and having a second reflection part which is an optical fiber grating; and At least one of the output side optical fibers provides a fiber laser device including the optical fiber for optical fiber grating.
本発明の一態様によれば、コア中心部におけるGe濃度が、コア外周縁におけるGe濃度より高いので、コアの中央でパワーが高いLP01モードは反射するが、高次のLPモードはパワー分布が外側に広がるため反射しにくくなる。そのため、光共振器内の異種光ファイバの融着点で生じる高次のLPモードを十分に抑制することができる。したがって、ビーム品質の良いレーザ光が得られる。 According to one aspect of the present invention, since the Ge concentration at the core center is higher than the Ge concentration at the outer periphery of the core, the LP 01 mode having a high power at the center of the core is reflected, but the higher order LP mode has a power distribution. Since it spreads outside, it becomes difficult to reflect. Therefore, it is possible to sufficiently suppress higher-order LP modes that occur at the fusion point of different optical fibers in the optical resonator. Therefore, a laser beam with good beam quality can be obtained.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図4を用いて説明する。
図1は、本発明に係る光ファイバグレーティング用光ファイバの第1実施形態である光ファイバグレーティング用光ファイバ10(以下、単に光ファイバ10という)を示す断面図である。図2は、光ファイバ10の屈折率分布を示す図である。図3は、光ファイバ10を用いたファイバレーザ装置100を示す概略構成図である。図4は、LP01モードおよびLP11モードのパワー分布を示す図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an
[ファイバレーザ装置]
図3に示すように、ファイバレーザ装置100は、励起用光源102と、光コンバイナ103と、光共振器104と、を備えている。
光共振器104は、増幅用コイル121を有する増幅用光ファイバ107と、第1の反射部22と、第2の反射部23と、を備えている。
増幅用光ファイバ107の一端には入力側光ファイバ25が接続され、増幅用光ファイバ107の他端には出力側光ファイバ26が接続されている。
増幅用光ファイバ107としては、例えばYb添加コアファイバが用いられる。
[Fiber laser equipment]
As shown in FIG. 3, the fiber laser device 100 includes a pumping
The
An input side
For example, a Yb-doped core fiber is used as the amplification
励起用光源102は、複数のレーザダイオード11で構成され、励起光を出力する。レーザダイオード11は、光ファイバ12を介して光コンバイナ103に接続されている。
光コンバイナ103は、複数のレーザダイオード11からの複数の励起光を結合する。光コンバイナ103からの励起光は、入力側光ファイバ25を通して増幅用光ファイバ107に入力される。
The
The
第1の反射部22は、入力側光ファイバ25の一部に設けられている。第1の反射部22は、増幅用光ファイバ107を伝搬するレーザ光を反射させる。
第2の反射部23は、出力側光ファイバ26の一部に設けられている。第2の反射部23は、増幅用光ファイバ107を伝搬するレーザ光の一部を反射させる。レーザ光は、第1の反射部22と第2の反射部23との間で共振し、増幅される。
The first reflecting
The second reflecting
第1の反射部22および第2の反射部23は、ファイバブラッググレーティング(FBG:Fiber Bragg Grating)で構成されている。FBGは、コアの長手方向(光伝搬方向)に周期的に屈折率が変化する部位(グレーティング)を形成した反射器である。これにより、FBGは、グレーティング周期に対応した特定の波長の光のみを反射させる。
第1の反射部22の反射率は、第2の反射部23の反射率より高い。第1の反射部22の反射率は、例えば90%以上とすることができ、99%以上が好ましい。第2の反射部23の反射率は、例えば5〜50%とすることができ、5〜10%が好ましい。
The
The reflectance of the first reflecting
[光ファイバ]
図1は、本実施形態の光ファイバ10を示す断面図である。
光ファイバ10は、図3に示すファイバレーザ装置100において、入力側光ファイバ25と出力側光ファイバ26のうち少なくともいずれか一方として用いることができる。ここに示す光ファイバ10は、ポリマークラッド光ファイバであり、少なくとも入力側光ファイバ25として用いるのが好ましい。
なお、出力側光ファイバ26としては、ポリマークラッド層2がないこと以外は光ファイバ10と同様の構成の光ファイバを用いることができる。
[Optical fiber]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an
The
As the output-side
図1に示すように、光ファイバ10は、光ファイバ裸線1と、光ファイバ裸線1の外周面に形成されたポリマークラッド層2と、ポリマークラッド層2の外周面に形成された保護被覆層3と、を有する。光ファイバ裸線1は、コア4およびそれを囲むクラッド5を有する。
光ファイバ裸線1は、石英系ガラスなどからなる。
ポリマークラッド層2は、光ファイバ裸線1の屈折率よりも低い屈折率を有する。
As shown in FIG. 1, an
The bare
The
コア4は、中心部8を含む内側領域6と、内側領域6の外周側の外側領域7とを有する。
内側領域6は、コア4と同心の断面円形の領域である。内側領域6の外径は、コア4の外径に対して例えば30〜80%とすることができる。
中心部8は、コア4の中心4aを含む領域である。中心部8は、コア4と同心であって、コア4の外径に対して例えば5〜20%の外径を有する断面円形の領域である。
The
The
The center portion 8 is a region including the
図2に示すように、コア4の屈折率は、コア4の径方向に一定である。そのため、内側領域6の屈折率と外側領域7の屈折率とは互いに等しい。以下、「径方向」とはコアの径方向を意味する。
As shown in FIG. 2, the refractive index of the
内側領域6には、ゲルマニウム(Ge)が添加されている。内側領域6におけるGeの濃度は、例えば、二酸化ゲルマニウム(GeO2)換算濃度で0.5〜2.0モル%とすることができる。
図2では、コア4においてGeが添加された領域に斜線のハッチングを付した。この図に示すように、Geは内側領域6にのみ添加されている。Geは内側領域6の全体に添加され、その濃度は内側領域6の径方向に均一であることが好ましい。
Germanium (Ge) is added to the
In FIG. 2, hatched hatching is added to the region where Ge is added in the
外側領域7には、Geが添加されていない。外側領域7は、Ge以外の屈折率上昇ドーパントが添加されることによって、その屈折率が内側領域6の屈折率と等しくされている。
Ge以外の屈折率上昇ドーパントとしては、アルミニウム(Al)、リン(P)等がある。Al、P以外であっても、屈折率を上昇させるドーパントであって、紫外線を照射してFBG形成させる際にGeよりも屈折率変化が小さいドーパントであれば使用してよい。図2では、Ge以外の屈折率上昇ドーパントが添加された外側領域7に網かけのハッチングを付した。
Ge is not added to the
Examples of the refractive index increasing dopant other than Ge include aluminum (Al) and phosphorus (P). A dopant other than Al and P may be used as long as it is a dopant that increases the refractive index and has a smaller refractive index change than Ge when an FBG is formed by irradiation with ultraviolet rays. In FIG. 2, the
光ファイバ10では、内側領域6にGeが添加されており、外側領域7にはGeが添加されていないため、中心部8におけるGe濃度(例えば中心部8におけるGeの平均濃度)は、コア4の外周縁9におけるGe濃度より高い。
In the
光ファイバ10は、内側領域6にのみ集中して分布するようにGeを添加することによって製造することができる。光ファイバグレーティングを形成する際には、例えば公知の方法で紫外線を照射すればよい。
The
コア4には、2以上のLPモードが伝搬可能である。例えばコア直径を28μm、比屈折率差を0.12%とした場合、波長1060nmにおいて伝搬可能なモードとしてはLP01、LP11、LP21、LP02、LP31、LP12等がある。なかでも、基本モードであるLP01と、第1の高次モードであるLP11は、安定してコア4に伝搬する。
Two or more LP modes can propagate to the
図4は、LP01モードおよびLP11モードの径方向のパワー分布を示す図である。図4においては、それぞれのモードのトータルパワーが同じになるように、つまり、パワー分布を積分した値が等しくなるように示されている。この図に示すように、LP01モードのパワーは、中央にピークを有する滑らかな山形の曲線をなすように分布する。一方、LP11モードのパワーは、中央ではパワーが低く、周辺部にピークを有するように分布する。
このように、基本モード(LP01モード)と、高次モード(例えばLP11モード)とは、パワー分布が異なり、高次のモードではパワー分布は外側に広がる。
FIG. 4 is a diagram showing the radial power distribution of the LP 01 mode and the LP 11 mode. FIG. 4 shows that the total power of each mode is the same, that is, the values obtained by integrating the power distribution are equal. As shown in this figure, the power of the LP 01 mode is distributed so as to form a smooth mountain-shaped curve having a peak at the center. On the other hand, the power of the LP 11 mode is distributed so that the power is low in the center and has a peak in the peripheral portion.
Thus, the power distribution is different between the basic mode (LP 01 mode) and the higher order mode (for example, LP 11 mode), and the power distribution spreads outward in the higher order mode.
図10に示すように、Geの濃度が径方向に均一であるコア114を有する光ファイバ110を用いた場合には、反射部122,123(図9参照)において、LP01モードだけでなくLP11モードも高効率で反射するため、光共振器104においてLP11モードも共振することになる。
そのため、図9における光共振器104内の異種光ファイバの融着点(入力側光ファイバ105と増幅用光ファイバ107との融着点108、増幅用光ファイバ107と出力側光ファイバ106との融着点109など)で生じるLP11モードを十分に抑制できない。そのため、ビーム品質の良いレーザ光を得るのは難しかった。
As shown in FIG. 10, when the
Therefore, the fusion points of the different optical fibers in the
これに対し、図2に示すように、Geが内側領域6にのみ添加されている光ファイバ10を用いた場合、中央でパワーが高いLP01モードは反射部22,23(図3参照)で反射するが、中央でパワーが低いLP11モードは反射しにくくなる。
そのため、光共振器104内の異種光ファイバの融着点(入力側光ファイバ25と増幅用光ファイバ107との融着点108、増幅用光ファイバ107と出力側光ファイバ26との融着点109など)で生じるLP11モードを十分に抑制することができる。したがって、ビーム品質の良いレーザ光が得られる。例えば、M2が1.3以下、好ましくは1.1以下であるレーザ光を得ることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 2, when the
Therefore, the fusion points of different optical fibers in the optical resonator 104 (the
[第2実施形態]
図5(A)は、本発明の第2実施形態である光ファイバの屈折率分布を示す図である。図5(B)は、この光ファイバにおいて、添加物の屈折率への寄与度を説明する図である。
なお、以下の説明において、第1実施形態の光ファイバ10との共通点については、同じ符号を付してその説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 5A is a diagram showing the refractive index distribution of the optical fiber according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5B is a diagram illustrating the degree of contribution of the additive to the refractive index in this optical fiber.
In addition, in the following description, about the common point with the
第2実施形態の光ファイバは、コア14の内側領域16に、Geとホウ素(B)とが共添加されている点で、第1実施形態の光ファイバ10と異なる。それ以外の構成は光ファイバ10と同じとしてよい。
The optical fiber of the second embodiment is different from the
図5(B)に示すように、Bには屈折率を低くする作用があるが、内側領域16では、Geによる屈折率上昇の作用と、Bによる屈折率低下の作用とにより、その屈折率は外側領域7の屈折率と等しくなっている。そのため、コア14の屈折率は径方向に一定となっている。
As shown in FIG. 5B, B has a function of lowering the refractive index, but in the
第2実施形態の光ファイバは、第1実施形態の光ファイバ10と同様に、LP11モードを抑制し、ビーム品質の良いレーザ光が得られる。
さらに、第2実施形態の光ファイバでは、内側領域16にBが添加されているため、感光性を高めることができる。そのため、光ファイバグレーティングの形成のための露光時間を短縮し、光ファイバグレーティングの形成の効率を高めることができる。
As with the
Furthermore, in the optical fiber of the second embodiment, since B is added to the
[第3実施形態]
図6(A)は、本発明の第3実施形態である光ファイバの屈折率分布を示す図である。図6(B)は、この光ファイバにおいて、添加物の屈折率への寄与度を説明する図である。
[Third Embodiment]
FIG. 6A is a diagram showing the refractive index distribution of the optical fiber according to the third embodiment of the present invention. FIG. 6B is a diagram illustrating the degree of contribution of the additive to the refractive index in this optical fiber.
第3実施形態の光ファイバでは、コア24における径方向のGeの濃度は、中央にピークを有する滑らかな山形の曲線をなすように分布する。このGeの濃度分布は、図4に示すLP01モードのパワー分布に沿う。
Geの濃度分布がLP01モードのパワー分布に沿うとは、Geの濃度のピークの径方向位置が、LP01モードのピークの径方向位置に、一致(または略一致)することをいう。
コア24の径方向のGeの濃度分布は、図4に示すLP01モードのパワー分布と同じく中央にピークを有するため、コア24のGeの濃度分布は、LP01モードのパワー分布に沿うといえる。
第3実施形態の光ファイバにおいて、それ以外の構成は光ファイバ10と同じとしてよい。
In the optical fiber according to the third embodiment, the concentration of Ge in the radial direction in the
The fact that the Ge concentration distribution follows the power distribution of the LP 01 mode means that the radial position of the Ge concentration peak coincides (or substantially coincides) with the radial position of the LP 01 mode peak.
Since the concentration distribution of Ge in the radial direction of the
In the optical fiber of the third embodiment, the other configuration may be the same as that of the
図6(B)に示すように、コア24は、Ge以外の屈折率上昇ドーパント(Al、P等)が、中央で最も低くなる谷形の曲線をなす分布となるように添加されることによって、コア24の屈折率は径方向に一定となっている。
As shown in FIG. 6B, the
第3実施形態の光ファイバは、Geの濃度分布がLP01モードのパワー分布に沿うため、LP11モードの抑制の効率を高めることができる。そのため、レーザ光のビーム品質をさらに良好にすることができる。 In the optical fiber according to the third embodiment, since the Ge concentration distribution follows the power distribution of the LP 01 mode, the efficiency of suppressing the LP 11 mode can be increased. Therefore, the beam quality of the laser beam can be further improved.
[第4実施形態]
図7(A)は、本発明の第4実施形態である光ファイバの屈折率分布を示す図である。図7(B)は、この光ファイバにおいて、添加物の屈折率への寄与度を説明する図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 7A is a diagram showing the refractive index distribution of the optical fiber according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 7B is a diagram illustrating the degree of contribution of the additive to the refractive index in this optical fiber.
第4実施形態の光ファイバは、コア34の内側領域36にGeとBとが共添加され、外側領域37にはGeのみが添加される。この光ファイバでは、Ge以外の屈折率上昇ドーパントは用いられない。
内側領域36の屈折率は外側領域37の屈折率と等しいため、コア34の屈折率は径方向に一定である。
第4実施形態の光ファイバにおいて、それ以外の構成は光ファイバ10と同じとしてよい。
In the optical fiber of the fourth embodiment, Ge and B are co-added to the
Since the refractive index of the
In the optical fiber of the fourth embodiment, the other configuration may be the same as that of the
内側領域36に添加されるBには屈折率低下の作用があるため、内側領域36には、Geが外側領域37に比べて多く添加される。そのため、第1実施形態の光ファイバ10と同様に、LP11モードを抑制し、ビーム品質の良いレーザ光が得られる。
さらに、内側領域36にBが添加されるため、第2実施形態と同様に、光ファイバグレーティングの形成のための露光時間を短縮し、光ファイバグレーティングの形成の効率を高めることができる。
Since B added to the
Furthermore, since B is added to the
[第5実施形態]
図8(A)は、本発明の第5実施形態である光ファイバの屈折率分布を示す図である。図8(B)は、この光ファイバにおいて、添加物の屈折率への寄与度を説明する図である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 8A is a diagram showing a refractive index distribution of an optical fiber according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 8B is a diagram illustrating the degree of contribution of the additive to the refractive index in this optical fiber.
第5実施形態の光ファイバでは、コア44に、Geと、Bと、Ge以外の屈折率上昇ドーパントと、が添加される。
図8(B)に示すように、コア44における径方向のGeの濃度分布は、中央にピークを有する滑らかな山形の曲線をなす。このGeの濃度分布は、図4に示すLP01モードのパワー分布に沿う。
Bと、Ge以外の屈折率上昇ドーパントとは、それぞれ、中央で最も低くなる谷形の曲線をなす分布となるように添加される。
コア44の屈折率は径方向に一定となっている。
第5実施形態の光ファイバにおいて、それ以外の構成は光ファイバ10と同じとしてよい。
In the optical fiber of the fifth embodiment, Ge, B, and a refractive index increasing dopant other than Ge are added to the
As shown in FIG. 8B, the radial Ge concentration distribution in the core 44 forms a smooth mountain-shaped curve having a peak at the center. This Ge concentration distribution follows the power distribution of the LP 01 mode shown in FIG.
B and the refractive index increasing dopant other than Ge are added so as to form a distribution having a valley-shaped curve that is lowest at the center.
The refractive index of the
The other configuration of the optical fiber according to the fifth embodiment may be the same as that of the
第5実施形態の光ファイバは、Geの濃度分布がLP01モードのパワー分布に沿うため、LP11モードの抑制の効率を高めることができる。そのため、レーザ光のビーム品質をさらに良好にすることができる。
また、Bが添加されるため、第2実施形態と同様に、光ファイバグレーティングの形成のための露光時間を短縮し、光ファイバグレーティングの形成の効率を高めることができる。
さらに、Ge以外の屈折率上昇ドーパントも添加されるため、Bの添加量の調整が可能である。
In the optical fiber of the fifth embodiment, since the Ge concentration distribution follows the power distribution of the LP 01 mode, the efficiency of suppressing the LP 11 mode can be increased. Therefore, the beam quality of the laser beam can be further improved.
Further, since B is added, the exposure time for forming the optical fiber grating can be shortened and the efficiency of forming the optical fiber grating can be increased, as in the second embodiment.
Furthermore, since the refractive index increasing dopant other than Ge is also added, the addition amount of B can be adjusted.
なお、本発明の技術的範囲は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、コアの屈折率は径方向に一定であるが、コアの屈折率が径方向に一定でない構成、例えば、内側領域の屈折率と外側領域の屈折率とが互いに異なる構成も本発明の技術的範囲に含まれる。
また、ファイバレーザ装置の各構成要素の形状、配置、材料等に関する具体的な記載は、上記実施形態に限らない。本発明は、CWファイバレーザ装置、パルスファイバレーザ装置のいずれにも適用可能である。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the refractive index of the core is constant in the radial direction, but the configuration in which the refractive index of the core is not constant in the radial direction, for example, the configuration in which the refractive index of the inner region and the refractive index of the outer region are different from each other. It is included in the technical scope of the present invention.
In addition, the specific description regarding the shape, arrangement, material, and the like of each component of the fiber laser device is not limited to the above embodiment. The present invention is applicable to both CW fiber laser devices and pulse fiber laser devices.
1・・・光ファイバ裸線、4,14,24,34,44・・・コア、5・・・クラッド、6,16,36・・・内側領域、7,37・・・外側領域、8・・・中心部、9・・・外周縁、10・・・光ファイバグレーティング用光ファイバ、22・・・第1の反射部、23・・・第2の反射部、102・・・励起用光源、107・・・増幅用光ファイバ。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記コアにはGeが添加され、前記コアの中心部におけるGe濃度が、前記コアの外周縁におけるGe濃度より高いことを特徴とする光ファイバグレーティング用光ファイバ。 An optical fiber for an optical fiber grating having a core capable of propagating at least two LP modes having different orders,
An optical fiber for an optical fiber grating, wherein Ge is added to the core, and a Ge concentration in a central portion of the core is higher than a Ge concentration in an outer peripheral edge of the core.
前記内側領域のGe濃度は、前記外側領域よりGe濃度より高いことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバグレーティング用光ファイバ。 The core has an inner region including the central portion, and an outer region on the outer peripheral side of the inner region,
The optical fiber for an optical fiber grating according to claim 1, wherein a Ge concentration in the inner region is higher than a Ge concentration in the outer region.
前記励起光が入力される増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの一端側に設けられ、光ファイバグレーティングである第1の反射部を有する入力側光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの他端側に設けられ、光ファイバグレーティングである第2の反射部を有する出力側光ファイバと、を備え、
前記入力側光ファイバと前記出力側光ファイバのうち少なくともいずれか一方は、請求項1〜7のうちいずれか1項に記載の光ファイバグレーティング用光ファイバからなることを特徴とするファイバレーザ装置。 An excitation light source that outputs excitation light;
An amplification optical fiber to which the excitation light is input;
An input side optical fiber provided on one end side of the amplification optical fiber and having a first reflecting portion which is an optical fiber grating;
An output side optical fiber provided on the other end side of the amplification optical fiber and having a second reflecting portion which is an optical fiber grating;
8. The fiber laser device according to claim 1, wherein at least one of the input side optical fiber and the output side optical fiber includes the optical fiber for an optical fiber grating according to claim 1.
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