JP2018041792A - ファイバレーザ - Google Patents

Abstract

【課題】基本モードの光の損失を抑制しつつ、不要光を適切に除去できるような曲率を持たせること。【解決手段】ファイバレーザ（１）は、増幅用ファイバ（１６）と、不要光除去ファイバ（２４）と、不要光除去ファイバ（２４）と熱接触した放熱板（２８）と、を備えている。不要光除去ファイバ（２４）の蛇行部（２４ｂ）は、変曲点（２４ｐ１，２４ｐ２）を境に複数の区間（２４ｂ１〜２４ｂ３）に分けられ、各区間の曲率の最大値が増幅用ファイバ１６から遠ざかるに従って大きくなるように蛇行している。【選択図】図１

Description

本発明は、増幅用ファイバを備えたファイバレーザに関する。

例えば金属板などの加工対象物に対して高出力なレーザ光を照射することにより、加工対象物を加工（切断や、溶接や、レーザマーキングなど）するために用いるファイバレーザが知られている。このようなファイバレーザは、レーザ光を増幅するための増幅用ファイバと、該増幅用ファイバの両端に設けられた一対のファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）と、一方のＦＢＧを透過したレーザ光を加工対象物に導くデリバリファイバと、上記増幅用ファイバに励起光を供給するレーザダイオード（ＬＤ）群を備えている。

増幅用ファイバは、Ｙｂなどの希土類元素を添加されたダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）によって構成される。ＤＣＦのインナークラッドには、反転分布を実現するために高出力な励起光がＬＤ群から供給される。

ＬＤ群から供給された励起光により反転分布が実現された増幅用ファイバのコアでは、（１）自然放出光が発生し、（２）その自然放出光に起因する誘導放出光が発生する。一対のＦＢＧにより挟まれた増幅用ファイバは、誘導放出光を閉じ込める共振器として機能する。誘導放出光は、この共振器中で反射を繰り返す過程において更なる誘導放出を引き起こし、その出力をさらに高める。

一対のＦＢＧのうち一方のＦＢＧは、他方のＦＢＧより反射率が低くなるように構成されている。そのため、上記共振器内で出力を高められた誘導放出光は、反射率が低いＦＢＧ（他方のＦＢＧ）を所定の透過率で透過することによって増幅用ファイバから出射される。

増幅用ファイバから出射された誘導放出光、すなわち出力光は、デリバリファイバを介して加工対象物に照射される。

特開２０１０−１８１５７４号公報（２０１０年８月１９日公開）

ところで、上述のようなファイバレーザの増幅用ファイバから出射された出力光は、基本モードの光に加えて高次モードの光を含んでいる。基本モードの光は、コアの内部あるいはその近傍によく閉じ込められている。すなわち、基本モードの光のうち大部分は、コアの内部に分布している。一方、高次モードの光は、基本モードの光と比較して、クラッドにより多く浸み出している。すなわち、高次モードの光は、基本モードの光と比較して、クラッド（インナークラッド）に分布する割合が高い。

このような高次モードの光が何らかの理由により局所的に漏れ出した場合、クラッドの周囲に配置された樹脂被覆や樹脂接着剤などに吸収されることによって発熱の原因となり、デリバリファイバやその先に接続されたヘッドなどを故障させることがある。

また、インナークラッドを伝搬する光として、増幅用ファイバが吸収しきれなかった励起光も存在する。このような励起光も発熱の原因となり、デリバリファイバやその先に接続されたヘッドなどを故障させることがある。

特許文献１には、増幅用ファイバとデリバリファイバとの間に挿入された不要光除去ファイバ（文献１における「ダブルクラッドファイバ」）の被覆除去区間を光学基板との接触部で曲率を持つように構成する技術が開示されている。不要光除去ファイバを光学基板との接触部で曲率を持つように構成すると、不要光除去ファイバを直線に配置した場合と比べて、不要光除去ファイバと光学基板との接触部の長さが増大し、光ファイバを曲げたことによる曲げ損失も発生するので、同じ大きさの光学基板を使用しながら、光の取り出し強度を大きくすることができることが開示されている。

しかしながら特許文献１には、不要光除去ファイバと光学基板との接触部にどのような曲率を持たせると適切に不要光を除去できるのかについての具体的な開示はない。

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、増幅用ファイバの出力光に含まれる基本モードの光における損失を抑制しつつ、該出力光に含まれる高次モードの光や励起光などの不要光を適切に除去できるファイバレーザを提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るファイバレーザは、増幅用ファイバと、上記増幅用ファイバの出力光に含まれる不要光を除去する不要光除去ファイバと、上記不要光除去ファイバと熱接触した放熱板と、を備えている。上記不要光除去ファイバは、蛇行部を形成するように上記放熱板上に配線されており、上記蛇行部は、変曲点を境に複数の区間に分けられ、各区間の曲率の最大値が上記増幅用ファイバから遠ざかるに従って大きくなるように蛇行している。

上記の構成によれば、不要光除去ファイバの蛇行部を構成する複数の区間の曲率の最大値は、増幅用ファイバに近い区間ほど小さく、増幅用ファイバから遠ざかるに従って大きくなるように構成されている。そのために、増幅用ファイバの出力光に含まれる不要光は、不要光除去ファイバの蛇行部を構成する複数の区間の各区間において、不要光除去ファイバの外部に徐々に除去される。

一方、増幅用ファイバの出力光に含まれる基本モードの光は、その大部分が不要光除去ファイバのコアの内部に分布しているため、不要光除去ファイバの外部に除去されにくい。すなわち、不要光除去ファイバにおいて、基本モード光における損失は抑制される。

以上のように、本ファイバレーザは、増幅用ファイバの出力光に含まれる基本モードの光における損失を抑制しつつ、該出力光に含まれる高次モードの光や励起光などの不要光を徐々に除去することができる。

また、不要光除去ファイバの蛇行部が変曲点を含んでいる（すなわち蛇行している）ことにより、変曲点を含んでいない場合と比較して、より効率よく不要光を除去できるという副次的な効果を奏する。

本発明の一態様に係るファイバレーザにおいて、上記蛇行部は、２つ以上の変曲点を境に３つ以上の区間に分けられる、ことが好ましい。

上記の構成によれば、不要光除去ファイバの蛇行部は、増幅用ファイバの出力光に含まれる不要光を、３つ以上の区間の各々から不要光除去ファイバの外部に除去することができる。したがって、蛇行部が２つの区間により構成されている場合と比較して、各区間において除去する不要光の出力を抑制することができる。したがって、本ファイバレーザは、増幅用ファイバの不要光をより安全に除去することができる。

本発明の一態様に係るファイバレーザにおいて、上記蛇行部を構成する各区間のターン数は、それぞれ、１／２以下である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、蛇行部を構成する各区間のターン数がそれぞれ１／２を超える構成を採用した場合と比較して、放熱板上における蛇行部の配線密度を下げることができる。したがって、放熱板を用いてより効率良く不要光除去ファイバを冷却することができる。

本発明の一態様に係るファイバレーザにおいて、上記不要光除去ファイバは、上記蛇行部の上記増幅用ファイバ側に更に旋回部を形成するように上記放熱板上に配線されており、上記旋回部の曲率は、上記蛇行部を構成する各区間の曲率の最小値以下である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、蛇行部の増幅用ファイバ側、すなわち、蛇行部の前段に配線された旋回部は、蛇行部の各区間よりも緩やかに不要光を除去することができる。換言すれば、増幅用ファイバの出力光は、緩やかに不要光を除去された状態で蛇行部に到達する。したがって、本ファイバレーザは、増幅用ファイバの不要光を更に安全に除去することができる。

本発明の一態様に係るファイバレーザにおいて、上記不要光除去ファイバは、上記蛇行部の上記増幅用ファイバ側と反対側に更に螺旋部を形成するように上記放熱板上に配線されており、上記螺旋部の各ターンの曲率は、上記蛇行部を構成する各区間の曲率の最小値以下である、ことが好ましい。

増幅用ファイバの出力光を加工対象物に照射して加工を実施する場合、その照射した出力光の一部が再び不要光除去ファイバに入射し、戻り光となって伝搬してくることがある。

上記の構成によれば、このような戻り光が生じた場合であっても、螺旋部は、戻り光を徐々に除去することができる。したがって、本ファイバレーザは、戻り光が高い出力のまま蛇行部の終端（増幅用ファイバと逆側の端部）に到達し、当該終端において急激に除去されることを防ぐことができる。

本発明の一態様に係るファイバレーザにおいて、上記不要光除去ファイバは、上記蛇行部の上記増幅用ファイバ側と反対側に更に螺旋部を形成するように上記放熱板上に配線されており、上記螺旋部のターン数は、３以上であり、上記増幅用ファイバ側からみて上記螺旋部における最後段のターンの曲率が最も小さく、当該最後段のターンと上記増幅用ファイバ側からみて上記螺旋部における最前段のターンとを除いた何れかのターンの曲率が最も大きい、ことが好ましい。

増幅用ファイバ側からみて螺旋部における最後段のターンは、加工対象物からみて、螺旋部における最前段のターンである。加工対象物からみて最前段のターン（螺旋部における最後段のターン）の曲率が最も小さいことによって、本ファイバレーザは、戻り光を緩やかに除去することができる。また、螺旋部における当該最後段のターンと上記増幅用ファイバ側からみて螺旋部における最前段のターンとを除いた何れかのターンの曲率が最も大きいことによって、本ファイバレーザは、螺旋部においても不要光を緩やかに除去することができる。

また、上記の構成によれば、増幅用ファイバ側から数えて１〜３番目のターンの各々が、互いにズレながら放熱板上に配線されるため、１〜３番目のターンの各々が等しい曲率を有する場合と比較して、配線時の放熱板の表面からの高さを抑制することができる。したがって、本ファイバレーザは、螺旋部を効率よく冷却することができる。

本発明は、増幅用ファイバの出力光に含まれる基本モードの光における損失を抑制しつつ、該出力光に含まれる不要光を徐々に除去することができる。

本発明の実施形態に係るファイバレーザの構成を模式的に示す構成図である。 図１に示したファイバレーザが備えている不要光除去ファイバの上面図である。 図２に示した不要光除去ファイバの蛇行部の上面図である。 （ａ）は、図３に示した蛇行部の変形例の上面図である。（ｂ）は、図３に示した蛇行部の比較例の上面図である。 図２に示した不要光除去ファイバの旋回部の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るファイバレーザ１の構成を模式的に示す構成図である。図２は、ファイバレーザ１が備えている不要光除去ファイバ２４の上面図である。なお、図２においては、ファイバレーザ１を構成する励起光源群１０，２２、励起光結合器１２，２０、及びＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）１４，１８の図示を省略している。図３は、不要光除去ファイバ２４の一部を構成する蛇行部２４ｂの上面図である。図４の（ａ）は、蛇行部２４ｂの変形例である蛇行部２４ｂａの上面図である。図４の（ｂ）は、蛇行部２４ｂの比較例である蛇行部２４ｂｂの上面図である。図５は、不要光除去ファイバ２４の一部を構成する螺旋部２４ｃの断面図であって、図２に図示したＣ−Ｃ’線に沿った断面における断面図である。

ファイバレーザ１は、双方向励起の共振器型のファイバレーザであって、増幅用ファイバ１６の双方向から入射された励起光によってレーザ光を増幅し、増幅されたレーザ光（増幅用ファイバの出力光）を光出射部２６へと供給するための装置である。

図１に示すように、ファイバレーザ１は、励起光源群１０、励起光結合器１２、ＦＢＧ１４、増幅用ファイバ１６、ＦＢＧ１８、励起光結合器２０、励起光源群２２、及び不要光除去ファイバ２４を備えている。また、図２に示すように、ファイバレーザ１は、不要光除去ファイバ２４の下流側（不要光除去ファイバ２４を基準として増幅用ファイバ１６側と反対側）に接続された光出射部２６を更に備えている。増幅用ファイバ１６及び不要光除去ファイバ２４は、放熱板２８上に配線されている。本実施形態において、増幅用ファイバ１６及び不要光除去ファイバ２４は、固定部材（例えば樹脂接着剤）を用いて放熱板２８上に固定されている。

ファイバレーザ１において、励起光源群１０及び励起光源群２２の各々は、それぞれ、６個のレーザダイオード（ＬＤ）によって構成されている。また、励起光源群１０と増幅用ファイバ１６との間、及び、励起光源群２２と増幅用ファイバ１６との間の各々には、それぞれ、励起光結合器１２及びＦＢＧ１４、並びに、励起光結合器２０及びＦＢＧ１８が挿入されている。

増幅用ファイバ１６は、希土類元素（本実施形態ではＹｂ）が添加されたダブルクラッドファイバにより構成されている。

励起光源群１０から出射された励起光は、励起光結合器１２を介して増幅用ファイバ１６のインナークラッドへ入射する。また、励起光源群２２から出射された励起光は、励起光結合器２０を介して増幅用ファイバ１６のインナークラッドへ入射する。そして、増幅用ファイバ１６のインナークラッドへ入射された励起光源群１０，２２の励起光は、Ｙｂイオンを励起しながら増幅用ファイバ１６のインナークラッドを伝播する。このように、励起光源群１０，２２からの励起光がＹｂイオンを励起することによって、反転分布が実現される。

励起光源群１０，２２からの励起光により反転分布が実現された増幅用ファイバ１６のコアでは、（１）自然放出光が発生し、（２）その自然放出光に起因する誘導放出光が発生する。一対のＦＢＧ１４，１８は、増幅用ファイバ１６の内部で発生した誘導放出光のうち、（ｉ）ブラッグ波長と同程度の波長を有する誘導放出光を反射し、（ｉｉ）ブラッグ波長と異なる波長を有する誘導放出光を透過する。したがって、一対のＦＢＧ１４，１８により挟まれた増幅用ファイバ１６は、ブラッグ波長と同程度の波長を有する誘導放出光を閉じ込める共振器として機能する。したがって、ブラッグ波長と同程度の波長を有する誘導放出光は、この共振器中で反射を繰り返す過程において更なる誘導放出を引き起こし、その出力をさらに高める。

一対のＦＢＧ１４，１８のうちＦＢＧ１８は、ＦＢＧ１４より反射率が低くなるように構成されている。そのため、上記共振器内で出力を高められた誘導放出光は、反射率が低いＦＢＧ１８を所定の透過率で透過することによって増幅用ファイバから出射される。すなわち、ＦＢＧ１８を透過した誘導放出光は、増幅用ファイバ１６の出力光となる。

増幅用ファイバ１６の出力光は、不要光除去ファイバ２４及び光出射部２６を介して加工対象物に照射される。なお、本実施形態において、光出射部２６は、不要光除去ファイバ２４に直接接続されている構成を採用している。しかし、不要光除去ファイバ２４と光出射部２６との間には、別途フィードファイバが挿入されていてもよい。また、光出射部２６の後段には、別のフィードファイバが接続されていてもよい。

なお、本実施形態では、増幅用ファイバ及び不要光除去ファイバを備えたファイバレーザの一例として、一対のＦＧＢ１４，１８を備えた共振器型のファイバレーザ１を用いて説明している。しかし、本発明の一態様に係るファイバレーザは、共振器型のファイバレーザ１に限定されるものではない。例えば、本発明の一態様に係るファイバレーザは、ＭＯＰＡ（Master Oscillator - Power Amplifier）方式のファイバレーザであってもよい。ＭＯＰＡ方式のファイバレーザは、（１）ＰＡ（Power Amplifier）に種光を供給するＭＯ（Master Oscillator）と、（２）ＭＯから供給された種光を増幅する増幅用ファイバを備えたＰＡとを含む。ＭＯＰＡ方式のファイバレーザに本発明を適用する場合、不要光除去ファイバは、増幅用ファイバと光出射部との間に挿入されていればよい。

なお、共振器型のファイバレーザは、連続発振型のファイバレーザとして好適に用いることができ、ＭＯＰＡ方式のファイバレーザは、パルス発振型のファイバレーザとして好適に用いることができる。

（不要光除去ファイバ２４）
不要光除去ファイバ２４は、増幅用ファイバ１６の出力光に含まれる高次モードの光や励起光などの不要光を除去する。

上述したように、不要光除去ファイバ２４は、放熱板２８上に樹脂接着剤を用いて配線及び固定されている。すなわち、不要光除去ファイバ２４と放熱板２８とは、樹脂接着剤を介して熱接触している。したがって、放熱板２８は、不要光から変換された熱を外部に放出する。図２には図示していないが、本実施形態において、放熱板２８の不要光除去ファイバ２４が配線されている側と反対側の表面には、放熱板２８を水冷するための配管が溶接されている。なお、放熱板２８を冷却するための方法は、水冷式に限定されるものではなく、空冷式であってもよい。

図２に示すように、不要光除去ファイバ２４は、増幅用ファイバ１６側から順に、旋回部２４ａ、蛇行部２４ｂ、螺旋部２４ｃ、余長部２４ｄを形成するように放熱板２８上に配線されている。

蛇行部２４ｂは、２つの変曲点２４ｐ１，２４ｐ２を境に３つの区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３に分けられる。区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３の各々の形状は、円弧状である。区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３のような円弧状の曲線において、各区間の曲率は、各区間の円弧状の曲線を表す半径の逆数によって定義される。すなわち、区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３の各々における半径が、それぞれ、半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３である場合、区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３の曲率は、１／Ｒ１，１／Ｒ２，１／Ｒ３である。

曲率は、その曲線の曲がり具合を表す指標である。曲率は、該曲線を表す半径が大きいほど小さくなり、該曲線を表す半径が小さいほど大きくなる。蛇行部２４ｂにおいて、各区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３の半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、それぞれ、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３となるように定められている。したがって、各区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３の曲率は、区間２４ｂ１が最も小さく、区間２４ｂ２、区間２４ｂ３の順番で大きくなる。

なお、本実施形態において、各区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３の曲率は、各区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３を通じて一定である構成を採用している。しかし、各区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３の曲率は、各区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３内において変化してもよい。各区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３内において曲率が変化する場合、各区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３の曲率は、増幅用ファイバ１６から遠ざかるに従って大きくなるよう変化することが好ましい。このような場合、各区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３の曲率の最大値は、増幅用ファイバ１６から遠ざかるに従って大きくなるよう変化する。

また、本実施形態において、区間２４ｂ１の円弧の円の中心Ｃ１と区間２４ｂ１の両端部の成す中心角Ａ１は９０°となるように構成されている。以下において、中心角Ａ１の３６０°に対する割合を、区間２４ｂ１のターン数と称する。すなわち、区間２４ｂ１のターン数は、１／４である。同様に、（１）区間２４ｂ２の円弧の円の中心Ｃ２と区間２４ｂ２の両端部の成す中心角Ａ２は、９０°であり、（２）区間２４ｂ３の円弧の円の中心Ｃ３と区間２４ｂ３の両端部の成す中心角Ａ３は、９０°である。したがって、区間２４ｂ２及び区間２４ｂ３の各々のターン数は、区間２４ｂ１と同じく１／４である。

このように構成されたファイバレーザ１によれば、不要光除去ファイバ２４の蛇行部２４ｂを構成する複数の区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３の曲率の最大値は、増幅用ファイバ１６に近い区間ほど小さく、増幅用ファイバ１６から遠ざかるに従って大きくなるように構成されている。そのために、増幅用ファイバ１６の出力光に含まれる不要光は、区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３を伝搬するにしたがって増幅用ファイバ１６の外部に徐々に除去される。結果として、増幅用ファイバ１６の出力光に含まれる不要光が増幅用ファイバ１６に近い区間２４ａ１で急激に不要光除去ファイバの外部に除去されることは、抑制される。したがって、不要光除去ファイバの一部分からの発熱が急激に大きくなることは、抑制させる。

以上のように、ファイバレーザ１は、増幅用ファイバ１６の出力光に含まれる基本モードの光における損失を抑制しつつ、該出力光に含まれる高次モードの光や励起光などの不要光を徐々に除去することができる。

また、蛇行部２４ｂが変曲点２４ｐ１，２４ｐ２を含んでいる（すなわち蛇行している）ことにより、変曲点２４ｐ１，２４ｐ２を含んでいない場合と比較して高次モードの光が漏れやすくなり、より効率よく不要光を除去できるという効果を奏する。これは、変曲点２４ｐ１，２４ｐ２の各々において、不要光のコアに対する入射角が小さくなり、全反射されない不要光が増えるためである。また、蛇行部２４ｂが変曲点２４ｐ１，２４ｐ２を含んでいることにより、変曲点２４ｐ１，２４ｐ２を含んでいない場合には除去できない光（コアに対する入射角が大きな光）を除去することができる。

なお、蛇行部２４ｂを構成する複数の区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３の曲率の最大値は、高次モードが伝搬モードから放射モードへ変換される曲率より大きく、基本モードが伝搬モードから放射モードへ変換される曲率より小さいことが好ましい。この構成によれば、高次モードを選択的に除去することができる。

なお、本実施形態において、蛇行部２４ｂが含む変曲点は、変曲点２４ｐ１，２４ｐ２の２つである。しかし、蛇行部２４ｂが含む変曲点は、３つ以上であり、これらの３つ以上の変曲点を境に４つ以上の区間に分けられていてもよい。

この構成によれば、蛇行部が２つの区間により構成されている場合と比較して、不要光を多段階に除去することができる。そのため、蛇行部の各区間において除去する不要光の出力を抑制することができる。したがって、ファイバレーザ１は、増幅用ファイバの不要光をより安全に除去することができる。

（蛇行部２４ｂの第１の変形例）
蛇行部２４ｂの第１の変形例である蛇行部２４ｂａの上面図を図４の（ａ）に示す。蛇行部２４ｂａの各区間２４ｂａ１，２４ｂａ２，２４ｂａ３は、蛇行部２４ｂの中心角Ａ１＝Ａ２＝Ａ３＝９０°を、中心角Ａａ１＝Ａａ２＝Ａａ３＝１８０°に変更することによって得られる。すなわち、蛇行部２４ｂａの各区間２４ｂａ１，２４ｂａ２，２４ｂａ３は、蛇行部２４ｂの各区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３のターン数を１／４から１／２に変更することによって得られる。

このように、蛇行部２４ｂａの各区間２４ｂａ１，２４ｂａ２，２４ｂａ３のターン数は、１／２以下であればよい。この構成によれば、蛇行部２４ｂａは、下流側（増幅用ファイバ１６側と反対側）の端部が上流側（増幅用ファイバ１６側）の端部に近付くような配線経路をとらない。したがって、蛇行部を構成する各区間のターン数がそれぞれ１／２を超える構成を採用した場合（後述する比較例、図４の（ｂ）参照）と比較して、放熱板２８上における蛇行部２４ｂ或いは蛇行部２４ｂａの配線密度を下げることができる。したがって、不要光が特に除去される箇所である変曲点２４ｐ１，２４ｐ２同士を互いに遠ざけることができる。その結果として、放熱板２８を用いてより効率良く不要光除去ファイバ２４を冷却することができる。

（蛇行部２４ｂの第２の変形例）
蛇行部２４ｂの比較例である蛇行部２４ｂｂの上面図を図４の（ｂ）に示す。蛇行部２４ｂｂは、２つの変曲点２４ｐ１，２４ｐ２を境に、３つの区間２４ｂｂ１，２４ｂｂ２，２４ｂｂ３に分けられている。

蛇行部２４ｂｂの各区間２４ｂｂ１，２４ｂｂ２，２４ｂｂ３は、蛇行部２４ｂの中心角Ａ１＝Ａ２＝Ａ３＝９０°を、中心角Ａｂ１＝Ａｂ２＝Ａｂ３＝２７０°に変更することによって得られる。すなわち、蛇行部２４ｂｂの各区間２４ｂｂ１，２４ｂｂ２，２４ｂｂ３は、蛇行部２４ｂの各区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３のターン数を１／４から３／４に変更することによって得られる。

蛇行部２４ｂｂにおいては、各区間のターン数が１／２を上回っているので、各区間２４ｂｂ１，２４ｂｂ２，２４ｂｂ３の下流側の端部が上流側の端部に近付くように配線されている。したがって、蛇行部２４ｂ或いは蛇行部２４ｂａと比較して、放熱板２８上における蛇行部２４ｂｂの配線密度を高めることができる。したがって、蛇行部２４ｂｂを採用することにより不要光除去ファイバ２４をよりコンパクトに配線することがでる。すなわち、放熱板２８をよりコンパクト化することができる。また、不要光除去ファイバ２４を集中的に冷却することができ、且つ、冷却水の配管長を短くすることができるため、不要光除去ファイバ２４の冷却効率を高めることができる。

（旋回部）
図２に示すように、不要光除去ファイバ２４は、蛇行部２４ｂの増幅用ファイバ１６側に更に旋回部２４ａを形成するように、放熱板２８上に配線されている。旋回部２４ａの曲率は、蛇行部２４ｂを構成する各区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３の曲率の最小値以下である。

このように構成された旋回部２４ａは、蛇行部２４ｂの各区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３よりも緩やかに不要光を除去することができる。換言すれば、増幅用ファイバ１６の出力光は、緩やかに不要光を除去された状態で蛇行部２４ｂに到達する。したがって、ファイバレーザ１は、増幅用ファイバ１６の不要光を更に安全に除去することができる。

（螺旋部）
図２に示すように、不要光除去ファイバ２４は、蛇行部２４ｂの増幅用ファイバ１６側と反対側、すなわち、蛇行部２４ｂの後段を構成する区間が仮想的な円柱の側面に巻き付けられたように、放熱板２８上に配線されている。仮想的な円柱の側面に巻き付けられた不要光除去ファイバ２４は、放熱板２８を平面視した場合、上流側の端部と下流側の端部とが交点Ｃ１３において交差し、結果として閉じたループを形成する。不要光除去ファイバ２４のうち、この閉じたループを構成する区間のことを螺旋部２４ｃと称する。

螺旋部２４ｃにおいて不要光除去ファイバ２４は、底面が放熱板２８の表面に沿って配置された仮想的な円柱の側面に巻き付けられたように配線されている。より詳しくは、螺旋部２４ｃにおいて不要光除去ファイバ２４は、仮想的な円柱の側面に巻き付けられるにしたがって、放熱板２８の表面から遠ざかるように配線されている。したがって、螺旋部２４ｃにおける不要光除去ファイバ２４の上流側の端部（螺旋部２４ｃの始端部）は、放熱板２８の表面に最も近接しており、螺旋部２４ｃにおける不要光除去ファイバ２４の下流側の端部（螺旋部２４ｃの終端部）は、放熱板２８の表面から最も離間している。

螺旋部２４ｃのターン数は、２ターン以上であることが好ましく、３ターン以上であることがより好ましい。本実施形態において、螺旋部２４ｃは、３つのターンであるターンＦ１，Ｆ２，Ｆ３を形成するように配線されている。ターンＦ１，Ｆ２，Ｆ３の各々は、それぞれ、増幅用ファイバ１６側から数えて１番目，２番目，３番目のターンである。

螺旋部２４ｃの各ターンＦ１〜Ｆ３の曲率は、蛇行部２４ｂを構成する各区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３の曲率の最小値以下となるように構成されていることが好ましい。すなわち、図５に示すように、螺旋部２４ｃの各ターンＦ１〜Ｆ３を構成する曲線の半径ＲＣ１〜ＲＣ３の各々は、それぞれ、各区間２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３を構成する曲線の半径よりも大きいことが好ましい。

増幅用ファイバ１６の出力光を加工対象物に照射して加工を実施する場合、その照射した出力光の一部が加工対象物により反射又は散乱され、光出射部を介して再び不要光除去ファイバ２４に入射することがある。この加工対象物により反射又は散乱された光は、戻り光となって不要光除去ファイバ２４を増幅用ファイバ１６側へ向かって伝搬する。

不要光除去ファイバ２４の下流側に螺旋部２４ｃが設けられていることにより、このような戻り光が生じた場合であっても、上述のように構成された螺旋部２４ｃは、戻り光を徐々に不要光除去ファイバ２４の外部に除去することができる。したがって、ファイバレーザ１は、戻り光が高い出力のまま蛇行部２４ｂの終端（増幅用ファイバと逆側の端部）に到達し、当該終端において急激に除去されることを防ぐことができる。

また、本実施形態において、ターンＦ１及びターンＦ３の曲率は、ターンＦ２の曲率よりも小さいことが好ましい。すなわち、ターンＦ１の半径ＲＣ１及びターンＦ３の半径ＲＣ３の各々は、ターンＦ２の半径ＲＣ２よりも大きいことが好ましい。ターンＦ３の曲率がターンＦ２の曲率より小さいことによって、不要光除去ファイバ２４の下流側から螺旋部２４ｃに戻り光が入射した場合であっても、螺旋部２４ｃは、その戻り光をターンＦ３からターンＦ２にかけて緩やかに除去することができる。また、ターンＦ１の曲率がターンＦ２の曲率より小さいことによって、螺旋部２４ｃは、不要光をターンＦ１からターンＦ２にかけて緩やかに除去することができる。

なお、ターンＦ１の曲率とターンＦ３の曲率とを比較した場合、ターンＦ３の曲率は、ターンＦ１の曲率よりも小さいことがより好ましい。すなわち、半径ＲＣ３は、半径ＲＣ１より大きいことがより好ましい。不要光の多くは、旋回部２４ａ及び蛇行部２４ｂにおいて除去されているためである。

本実施形態において、螺旋部２４ｃのターン数として３を採用しているが、螺旋部２４ｃを構成するターン数は、３に限定されるものではない。螺旋部２４ｃのターン数は、３以上であることがより好ましい。螺旋部２４ｃを構成するターン数として３以上を採用する場合には、（１）増幅用ファイバ１６の側からみて最後段のターンの曲率が最も小さくなるように、且つ、（２）当該最後段のターンと増幅用ファイバ１６の側からみて最前段のターンとを除いた何れかのターンの曲率が最も大きくなるように、螺旋部２４ｃを構成することが好ましい。このように構成された螺旋部２４ｃは、上述のように、戻り光及び不要光の双方を緩やかに除去することができる。

また、上記の構成によれば、ターンＦ１〜Ｆ３の各々は、互いにズレながら放熱板上に配線される（図５参照）。換言すれば、放熱板２８を平面視した場合に、ターンＦ１〜Ｆ３のうち隣接する２つのターン（ターンＦ１及びターンＦ２、ターンＦ２及びターンＦ３、並びに、ターンＦ３及びターンＦ１）は、異なる円周上に配線されている（図２参照）。その結果、（１）ターンＦ１とターンＦ２とは交差せず、（２）ターンＦ２とターンＦ３とは交点Ｃ２３のみで交差し、（３）ターンＦ３とターンＦ１とは交点Ｃ３１のみで交差する。すなわち、ターンＦ１〜Ｆ３のうち隣接する２つのターンは、最大一箇所で交差するのみである。したがって、ターンＦ１〜Ｆ３の各々が等しい曲率を有する場合（放熱板２８を平面視した場合に、ターンＦ１〜Ｆ３の各々が同一円周上に配線されている場合）と比較して、配線時の放熱板の表面からの高さを抑制することができる。したがって、ファイバレーザ１は、ターンＦ１〜Ｆ３の各々を放熱板の近くに配線することができるため、螺旋部２４ｃを効率よく冷却することができる。

また、図２に示すように、螺旋部２４ｃの各ターンＦ１〜Ｆ３における交点（本実施形態においては交点Ｃ２３及び交点Ｃ３１）の各々は、異なる位置に設けられていることが好ましい。上記の構成によれば、交点の各々は重畳しない。したがって、螺旋部２４ｃにおける温度上昇を抑制することができる。

（余長部）
不要光除去ファイバ２４のうち、螺旋部２４ｃの増幅用ファイバ１６側と反対側の区間、すなわち、螺旋部２４ｃの後段の区間を余長部２４ｄと称する（図２参照）。具体的には、余長部２４ｄは、不要光除去ファイバ２４のうち交点Ｃ１３から不要光除去ファイバ２４の末端部（下流側の端部）までの区間である。不要光除去ファイバ２４の下流側の末端部は、光出射部２６に接続されている。

余長部２４ｄは、不要光除去ファイバ２４の最後段となる区間を構成する。したがって、余長部２４ｄは、その曲率が、螺旋部２４ｃにおける増幅用ファイバ１６の側から見て最後段のターン（本実施形態においてはターンＦ３）の曲率未満となるように、放熱板２８上に配線されていることが好ましい。この構成によれば、上述した戻り光が余長部２４ｄにおいて急激に除去されることを防ぐことができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ ファイバレーザ
１０，２２ 励起光源群
１２，２０ 励起光結合器
１４，１８ ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）
１６ 増幅用ファイバ
２４ 不要光除去ファイバ
２４ａ 旋回部
２４ｂ，２４ｂａ，２４ｂｂ 蛇行部
２４ｐ１，２４ｐ２ 変曲点
２４ｂ１，２４ｂ２，２４ｂ３，２４ｂａ１，２４ｂａ２，２４ｂａ３ 区間
２４ｃ 螺旋部

Claims (6)

1. 増幅用ファイバと、
   上記増幅用ファイバの出力光に含まれる不要光を除去する不要光除去ファイバと、
   上記不要光除去ファイバと熱接触した放熱板と、を備え、
   上記不要光除去ファイバは、蛇行部を形成するように上記放熱板上に配線されており、
   上記蛇行部は、変曲点を境に複数の区間に分けられ、各区間の曲率の最大値が上記増幅用ファイバから遠ざかるに従って大きくなるように蛇行している、
   ことを特徴とするファイバレーザ。
2. 上記蛇行部は、２つ以上の変曲点を境に３つ以上の区間に分けられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ。
3. 上記蛇行部を構成する各区間のターン数は、それぞれ、１／２以下である、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のファイバレーザ。
4. 上記不要光除去ファイバは、上記蛇行部の上記増幅用ファイバ側に更に旋回部を形成するように上記放熱板上に配線されており、
   上記旋回部の曲率は、上記蛇行部を構成する各区間の曲率の最小値以下である、
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のファイバレーザ。
5. 上記不要光除去ファイバは、上記蛇行部の上記増幅用ファイバ側と反対側に更に螺旋部を形成するように上記放熱板上に配線されており、
   上記螺旋部の各ターンの曲率は、上記蛇行部を構成する各区間の曲率の最小値以下である、
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のファイバレーザ。
6. 上記不要光除去ファイバは、上記蛇行部の上記増幅用ファイバ側と反対側に更に螺旋部を形成するように上記放熱板上に配線されており、
   上記螺旋部のターン数は、３以上であり、
   上記増幅用ファイバ側からみて上記螺旋部における最後段のターンの曲率が最も小さく、当該最後段のターンと上記増幅用ファイバ側からみて上記螺旋部における最前段のターンとを除いた何れかのターンの曲率が最も大きい、
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のファイバレーザ。
   

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