JP2018098307A - ファイバレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性に優れた安価なファイバレーザ装置を提供する。【解決手段】ファイバレーザ装置１は、励起光を出力する励起光源２１Ａ，２１Ｂと、希土類元素が添加されたコアを有する増幅用光ファイバ２８とを含む光ファイバ増幅器を備える。ファイバレーザ装置１は、光ファイバ増幅器の入力側に接続される入力側光ファイバ４０，４１と、出力側に接続される出力側光ファイバ３０，３１と、入力側光ファイバ４０，４１のクラッドが露出している入力側クラッド露出部４５と、出力側光ファイバ３０，３１のクラッドが露出している出力側クラッド露出部４６，４７と、入力側クラッド露出部４５及び出力側クラッド露出部４６，４７のクラッドの屈折率と同一又はそれよりも高い屈折率を有する第１の冷媒７１を収容した第１の冷媒槽１４とを備える。入力側クラッド露出部４５と出力側クラッド露出部４６，４７とが第１の冷媒槽１４の第１の冷媒７１中に浸漬される。【選択図】図１

Description

本発明は、ファイバレーザ装置に係り、特に励起光を用いてレーザ光を生成するファイバレーザ装置に関するものである。

近年、高出力のファイバレーザ装置が開発されているが、ファイバレーザ装置が高出力になるにつれ、ファイバレーザ装置内で生じた余剰光による熱量も大きくなる。このような発熱による温度変化により、ファイバレーザ装置内の光学系の光学特性が変化したり、装置の故障を招いたりしてしまう。このため、ファイバレーザ装置内で生じた余剰光を除去する技術の開発が進められている。

このようなファイバレーザ装置内の余剰光を除去する構造として、例えば、増幅用光ファイバの出力側に接続されたダブルクラッドファイバの外側クラッドの一部を除去して内側クラッドを露出させ、この内側クラッドの露出部分を外側クラッドよりも屈折率の高い樹脂で被覆したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような構成によれば、ダブルクラッドファイバ内を伝搬する余剰光が内側クラッドの露出部分で樹脂に漏れ出て、樹脂に吸収されるため、余剰光を熱に変換することができる。また、このような熱を効率的に外部に放出するために、上記樹脂を放熱用金属板に接触させることも行われている（特許文献１の図５参照）。

このような従来の構造において、樹脂で生じた熱を効率的に外部に放出するために、内側クラッドの露出部分を覆う樹脂を放熱用金属板に接触させた場合には、生じた熱が放熱用金属板に伝達されるまでに樹脂が介在することとなる。このように、上述した従来の構造では、光ファイバから漏れ出た余剰光が熱となって放熱用金属板に伝達されるまでに熱抵抗が存在するため、熱を効率的に外部に放出することが難しいという問題がある。

また、余剰光を除去すべき箇所が増幅用光ファイバの入力側と出力側の双方に存在する場合には、上述した余剰光除去構造（冷却構造）をそれぞれの箇所に別個に設ける必要があるため、ファイバレーザ装置の製造コストが増加するという問題がある。

国際公開第２０１３／００１７３４号

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、放熱性に優れた安価なファイバレーザ装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、放熱性に優れた安価なファイバレーザ装置が提供される。このファイバレーザ装置は、励起光を出力する励起光源と、上記励起光源からの励起光により励起される希土類元素が添加されたコアを有する増幅用光ファイバとを含む光ファイバ増幅器とを備えている。上記ファイバレーザ装置は、上記光ファイバ増幅器の入力側に接続される入力側光ファイバと、上記光ファイバ増幅器の出力側に接続される出力側光ファイバと、上記入力側光ファイバの少なくとも一部のクラッドが露出している入力側クラッド露出部と、上記出力側光ファイバの少なくとも一部のクラッドが露出している出力側クラッド露出部と、上記入力側クラッド露出部において露出しているクラッドの屈折率及び上記出力側クラッド露出部において露出しているクラッドの屈折率と同一又はそれよりも高い屈折率を有する第１の冷媒を収容した第１の冷媒槽とを備えている。上記入力側クラッド露出部と上記出力側クラッド露出部とが、上記第１の冷媒槽に充填された上記第１の冷媒中に浸漬されている。

このような構成により、入力側光ファイバのクラッドを伝搬する余剰光と出力側光ファイバのクラッドを伝搬する余剰光とを樹脂などを介さずに直接第１の冷媒に入射させて熱に変換することができる。したがって、放熱用金属板などを介して放熱を行っていた従来の構造に比べて放熱効率を向上させることができる。また、入力側光ファイバのクラッドを伝搬する余剰光と出力側光ファイバのクラッドを伝搬する余剰光の双方を単一の冷媒槽により除去することができるため、放熱性に優れたファイバレーザ装置が安価に提供される。

上記ファイバレーザ装置は、上記第１の冷媒槽中の上記第１の冷媒を循環させる第１の冷媒循環機構をさらに備えていてもよい。このような第１の冷媒循環機構により、熱を吸収した第１の冷媒を放熱のために循環することができるので、第１の冷媒槽における冷却効率を向上することができる。

上記ファイバレーザ装置は、上記励起光源から上記増幅用光ファイバに至るまでの光ファイバの少なくとも一部のクラッドが露出している中間クラッド露出部と、上記中間クラッド露出部において露出しているクラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２の冷媒を充填した第２の冷媒槽とをさらに備え、上記中間クラッド露出部及び上記増幅用光ファイバが、上記第２の冷媒槽に充填された上記第２の冷媒中に浸漬されていてもよい。このような構成では、中間クラッド露出部が、該中間クラッド露出部において露出しているクラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２の冷媒に浸漬されているため、このクラッドの内部に光を閉じ込めることができる。また、増幅用光ファイバなどのファイバレーザ装置の一部の構成要素が第２の冷媒に浸漬されるので、これらの構成要素で生じる熱が第２の冷媒に吸収され、これらの構成要素が高温になることが抑制される。

この場合において、上記励起光源が、上記第２の冷媒槽に充填された上記第２の冷媒中に浸漬されていてもよい。このような構成により、励起光源により生じる熱が第２の冷媒に吸収され、励起光源が高温になることが抑制される。

また、上記ファイバレーザ装置は、上記第２の冷媒槽中の上記第２の冷媒を循環させる第２の冷媒循環機構をさらに備えていてもよい。このような第２の冷媒循環機構により、熱を吸収した第２の冷媒を放熱のために循環することができるので、第２の冷媒槽における冷却効率を向上することができる。

上記ファイバレーザ装置は、互いに隣接して配置された上記第１の冷媒槽と上記第２の冷媒槽とを仕切る仕切壁をさらに備えていてもよい。この場合において、上記仕切壁に、上記第１の冷媒槽と上記第２の冷媒槽との間で上記入力側光ファイバ及び上記出力側光ファイバを通過させるための連絡孔を形成してもよい。このような仕切壁により第１の冷媒槽と第２の冷媒槽とを互いに隣接して配置することにより、第１の冷媒槽と第２の冷媒槽とを有するファイバレーザ装置の小型化を図ることができる。

本発明によれば、入力側光ファイバのクラッドを伝搬する余剰光と出力側光ファイバのクラッドを伝搬する余剰光とを樹脂などを介さずに直接第１の冷媒に入射させて熱に変換することができる。したがって、放熱用金属板などを介して放熱を行っていた従来の構造に比べて放熱効率を向上させることができる。また、入力側光ファイバのクラッドを伝搬する余剰光と出力側光ファイバのクラッドを伝搬する余剰光の双方を単一の冷媒槽により除去することができるため、放熱性に優れたファイバレーザ装置が安価に提供される。

図１は、本発明の一実施形態におけるファイバレーザ装置を模式的に示すブロック図である。 図２は、図１のファイバレーザ装置における第１の入力側光ファイバの断面と屈折率とを示す図である。 図３は、図１のファイバレーザ装置における第２の入力側光ファイバの断面と屈折率とを示す図である。 図４は、図１のファイバレーザ装置における入力側の融着点を模式的に示す断面図である。 図５は、図１のファイバレーザ装置における第１の出力側光ファイバの断面と屈折率とを示す図である。 図６は、図１のファイバレーザ装置における第２の出力側光ファイバの断面と屈折率とを示す図である。 図７は、図１のファイバレーザ装置における余剰光除去部を模式的に示す断面図である。 図８は、図１のファイバレーザ装置における出力側の融着点を模式的に示す断面図である。 図９は、図１のファイバレーザ装置におけるＨＲ−ＦＢＧの断面と屈折率とを示す図である。 図１０は、図１のファイバレーザ装置における増幅用光ファイバの断面と屈折率とを示す図である。 図１１は、図１のファイバレーザ装置における１つの融着点を模式的に示す断面図である。 図１２は、図１のファイバレーザ装置の変形例を示すブロック図である。 図１３は、図１のファイバレーザ装置の具体的形態の例を模式的に示す正面図である。 図１４は、図１３のＡ−Ａ線断面図である。 図１５は、図１３のＢ−Ｂ線断面図である。

以下、本発明に係るファイバレーザ装置の実施形態について図１から図１５を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１５において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図１５においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。

図１は、本発明の一実施形態におけるファイバレーザ装置１を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、複数の前方励起光源２１Ａと、これらの前方励起光源２１Ａが接続された前方インラインコンバイナ２４Ａと、融着部Ｐ１において前方インラインコンバイナ２４Ａと接続される高反射ファイバブラッググレーディング（High Reflectivity Fiber Bragg Grating（ＨＲ−ＦＢＧ））２６と、融着部Ｐ２においてＨＲ−ＦＢＧ２６に接続される増幅用光ファイバ２８とを有している。また、ファイバレーザ装置１は、複数の後方励起光源２１Ｂと、これらの後方励起光源２１Ｂが接続された後方インラインコンバイナ２４Ｂと、融着部Ｐ３において後方インラインコンバイナ２４Ｂと接続される低反射ファイバブラッググレーディング（Output Coupler Fiber Bragg Grating（ＯＣ−ＦＢＧ））２７とを有している。ＯＣ−ＦＢＧ２７と増幅用光ファイバ２８とは融着部Ｐ４において接続されている。

また、図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、後方インラインコンバイナ２４Ｂから延びる第１の出力側光ファイバ３０と、融着部Ｐ５において第１の出力側光ファイバ３０と接続される第２の出力側光ファイバ３１と、第２の出力側光ファイバ３１の端部に設けられたレーザ出射部５０とを有している。第１の出力側光ファイバ３０は、例えばコアの周囲に２層のクラッドを有するダブルクラッドファイバから構成され、第２の出力側光ファイバ３１は、例えばコアの周囲に１層のクラッドを有するシングルクラッドファイバから構成される。第１の出力側光ファイバ３０には、増幅用光ファイバ２８にて吸収されなかった励起光やコアから漏れ出たレーザ光などの余剰光を除去する余剰光除去部５１が設けられている。

さらに、図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、前方インラインコンバイナ２４Ａから延びる第１の入力側光ファイバ４０と、融着部Ｐ６において第１の入力側光ファイバ４０と接続される第２の入力側光ファイバ４１と、第２の入力側光ファイバ４１の端部に設けられた反射光モニタ部５２とを有している。第１の入力側光ファイバ４０は、例えばコアの周囲に３層のクラッドを有するトリプルクラッドファイバから構成され、第２の入力側光ファイバ４１は、例えばコアの周囲に１層のクラッドを有するシングルクラッドファイバから構成される。

前方励起光源２１Ａ及び後方励起光源２１Ｂとしては、例えば、波長９１５ｎｍの高出力マルチモード半導体レーザ（ＬＤ）を用いることができる。前方インラインコンバイナ２４Ａと融着部Ｐ２との間の光ファイバ及び後方インラインコンバイナ２４Ｂと融着部Ｐ４との間の光ファイバは、例えばコアの周囲に２層のクラッドを有するダブルクラッドファイバから構成される。増幅用光ファイバ２８は、例えば、イットリウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）などの希土類イオンが添加されたコアと、このコアの周囲に形成された第１クラッドと、第１クラッドの周囲に形成された第２クラッドとを有するダブルクラッドファイバによって構成される。

前方インラインコンバイナ２４Ａ及び後方インラインコンバイナ２４Ｂは、それぞれ前方励起光源２１Ａ及び後方励起光源２１Ｂから出力される励起光を結合して上述したダブルクラッドファイバの第１クラッドに導入するものである。これにより、増幅用光ファイバ２８の第１クラッドの内部を励起光が伝搬する。

ＨＲ−ＦＢＧ２６は、周期的に光ファイバの屈折率を変化させて形成されるもので、所定の波長帯の光を１００％に近い反射率で反射するものである。ＯＣ−ＦＢＧ２７は、ＨＲ−ＦＢＧ２６と同様に、周期的に光ファイバの屈折率を変化させて形成されるもので、ＨＲ−ＦＢＧ２６で反射される波長帯の光の一部（例えば１０％）を通過させ、残りを反射するものである。ＨＲ−ＦＢＧ２６と増幅用光ファイバ２８とＯＣ−ＦＢＧ２７とによって、ＨＲ−ＦＢＧ２６とＯＣ−ＦＢＧ２７との間で特定の波長帯の光を再帰的に増幅してレーザ発振を生じさせる光共振器が構成される。

より具体的には、増幅用光ファイバ２８の第１クラッドを伝搬する励起光がコア中の希土類元素を励起状態にし、これにより所定の波長の自然放出光が生じる。この自然放出光のうちＨＲ−ＦＢＧ２６とＯＣ−ＦＢＧ２７とにより選択的に反射された特定の波長の光を種として共振器内で光の誘導放出が生じる。この誘導放出された光はＨＲ−ＦＢＧ２６とＯＣ−ＦＢＧ２７とで反射され、上記誘導放出が繰り返されることによりレーザ光が生成され、ＯＣ−ＦＢＧ２７を透過したレーザ光が第１の出力側光ファイバ３０及び第２の出力側光ファイバ３１を通ってレーザ出射部５０から出射される。このように、励起光源２１Ａ，２１Ｂ、インラインコンバイナ２４Ａ，２４Ｂ、ＨＲ−ＦＢＧ２６、増幅用光ファイバ２８、及びＯＣ−ＦＢＧ２７により光ファイバ増幅器が構成されている。

図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、上述した光ファイバや光部品を内部に収容する筐体１０を有している。この筐体１０の内部は仕切壁１２によって第１のチャンバ（第１の冷媒槽）１４と第２のチャンバ（第２の冷媒槽）１６とに分離されている。この第１のチャンバ１４には後述する第１の冷媒７１が充填されており、第２のチャンバ１６には後述する第２の冷媒７２が充填されている。

本実施形態では、上述した第１の出力側光ファイバ３０の一部、余剰光除去部５１、第２の出力側光ファイバ３１の一部、第１の入力側光ファイバ４０の一部、及び第２の入力側光ファイバ４１の一部が第１のチャンバ１４に収容されており、これらの部分が第１のチャンバ１４内の第１の冷媒７１中に浸漬されている。また、前方励起光源２１Ａ、前方インラインコンバイナ２４Ａ、ＨＲ−ＦＢＧ２６、増幅用光ファイバ２８、ＯＣ−ＦＢＧ２７、後方インラインコンバイナ２４Ｂ、後方励起光源２１Ｂ、第１の出力側光ファイバ３０の一部、及び第１の入力側光ファイバ４０の一部が第２のチャンバ１６内に収容されており、これらの部分が第２のチャンバ１６内の第２の冷媒７２中に浸漬されている。

前方インラインコンバイナ２４Ａから延びる第１の入力側光ファイバ４０及び後方インラインコンバイナ２４Ｂから延びる第１の出力側光ファイバ３０は、筐体１０の仕切壁１２に形成された連絡孔１３を通って第２のチャンバ１６の内部に導入されている。第１の入力側光ファイバ４０と第１の出力側光ファイバ３０とが挿通された連絡孔１３は例えば樹脂６０により封止され、これにより第１のチャンバ１４の内部空間と第２のチャンバ１６の内部空間とが隔絶される。なお、樹脂６０により連絡孔１３を封止する際に、第１の入力側光ファイバ４０及び第１の出力側光ファイバ３０のそれぞれをゴムなどからなる柔軟な保護部材６１により保護してもよい。

また、第２の入力側光ファイバ４１は、第１のチャンバ１４の側壁に形成された開口部１５を通って筐体１０の外部に配置された反射光モニタ部５２に接続されている。また、第２の出力側光ファイバ３１は、第１のチャンバ１４の側壁に形成された開口部１７を通って筐体の外部に配置されたレーザ出射部５０に接続されている。このとき、開口部１５，１７はそれぞれ例えばゴムなどの封止部材１９によって封止される。

図２は、第１の入力側光ファイバ４０の断面と屈折率とを示す図である。図２に示すように、本実施形態における第１の入力側光ファイバ４０は、コア４０１と、コア４０１の周囲に形成された第１クラッド４０２と、第１クラッド４０２の周囲に形成された第２クラッド４０３と、第２クラッド４０３の周囲に形成された第３クラッド４０４と、第３クラッド４０４を覆う被覆材４０５とを有するトリプルクラッドファイバ（ＴＣＦ）により構成されている。この第１の入力側光ファイバ４０においては、コア４０１の屈折率が最も高く、第１クラッド４０２、第２クラッド４０３、第３クラッド４０４の順に外周側に向かって屈折率が低くなっている。例えば、コア４０１、第１クラッド４０２、及び第２クラッド４０３はガラスから構成され、第３クラッド４０４及び被覆材４０５は樹脂から構成される。また、コア４０１の外径はＤ４０１、第１クラッド４０２の外径はＤ４０２、第２クラッド４０３の外径はＤ４０３、第３クラッド４０４の外径はＤ４０４である。

図３は、第２の入力側光ファイバ４１の断面と屈折率とを示す図である。図３に示すように、本実施形態における第２の入力側光ファイバ４１は、コア４１１と、コア４１１の周囲に形成されたクラッド４１２と、クラッド４１２を覆う被覆材４１３とを有するシングルクラッドファイバ（ＳＣＦ）により構成されている。この第２の入力側光ファイバ４１においては、クラッド４１２の屈折率がコア４１１の屈折率よりも低くなっている。例えば、コア４１１及びクラッド４１２はガラスから構成され、被覆材４１３は樹脂から構成される。また、コア４１１の外径はＤ４１１、クラッド４１２の外径はＤ４１２であり、Ｄ４１１＝Ｄ４０１、Ｄ４１２＝Ｄ４０３となっている。

図４は、第１の入力側光ファイバ４０と第２の入力側光ファイバ４１との融着部Ｐ６を模式的に示す断面図である。図４に示すように、融着部Ｐ６の近傍において、第１の入力側光ファイバ４０の第３クラッド４０４と被覆材４０５とが除去され、ガラス製の第２クラッド４０３が外部に露出している。また、融着部Ｐ６の近傍において、第２の入力側光ファイバ４１の被覆材４１３が除去され、ガラス製のクラッド４１２が外部に露出している。このように、融着部Ｐ６では、第１の入力側光ファイバ４０の第２クラッド４０３と第２の入力側光ファイバ４１のクラッド４１２とが露出した入力側クラッド露出部４５が形成されている。

ここで、融着部Ｐ６は第１のチャンバ１４内に配置されているため、上述した入力側クラッド露出部４５は第１の冷媒７１中に浸漬された状態となっている。この第１の冷媒７１は、第１の入力側光ファイバ４０の第２クラッド４０３の屈折率及び第２の入力側光ファイバ４１のクラッド４１２の屈折率と同一又はそれ以上の屈折率を有している。このような第１の冷媒７１の一例としてグリセリンを挙げることができる。

このような構成によれば、図４に示すように、第１の入力側光ファイバ４０のコア４０１を伝搬する光（例えば被加工物からの反射光）は、第２の入力側光ファイバ４１のコア４１１に入射し、第２の入力側光ファイバ４１のコア４１１を伝搬して反射光モニタ部５２に至る（矢印Ｌ１参照）。反射光モニタ部５２ではこの光を測定し、測定結果に応じて励起光源２１Ａ，２１Ｂなどの機器が制御される。

また、コアから漏れ出た光などの余剰光が第１の入力側光ファイバ４０の第１クラッド４０２に入射すると、第２クラッド４０３の屈折率が第１クラッド４０２の屈折率よりも低いために、この余剰光が第１クラッド４０２内を伝搬していく。このようにして、第１の入力側光ファイバ４０の第１クラッド４０２を伝搬する余剰光は、図４に示すように、第２の入力側光ファイバ４１のクラッド４１２に入射する。入力側クラッド露出部４５における第２の入力側光ファイバ４１のクラッド４１２は、このクラッド４１２の屈折率と同一又はそれよりも高い屈折率を有する第１の冷媒７１中に浸漬されているため、クラッド４１２に入射した余剰光は、図４に示すように、クラッド４１２から第１の冷媒７１に漏れ出ることになる（矢印Ｌ２参照）。また、融着部Ｐ６において入力側光ファイバ４０のコア４０１から第２の入力側光ファイバ４１のクラッド４１２に漏れ出た光も、図４に示すように、クラッド４１２から第１の冷媒７１に漏れ出ることになる（矢印Ｌ３参照）。さらに、第１の入力側光ファイバ４０の第２クラッド４０３内を伝搬する余剰光も、図４に示すように、入力側クラッド露出部４５において第２クラッド４０３から第１の冷媒７１に漏れ出ることになる（矢印Ｌ４参照）。このようにして第１の冷媒７１に漏れ出た余剰光は第１の冷媒７１に吸収されて熱に変換される。

図５は、第１の出力側光ファイバ３０の断面と屈折率とを示す図である。図５に示すように、本実施形態における第１の出力側光ファイバ３０は、コア３０１と、コア３０１の周囲に形成された第１クラッド３０２と、第１クラッド３０２の周囲に形成された第２クラッド３０３と、第２クラッド３０３を覆う被覆材３０４とを有するダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）により構成されている。この第１の出力側光ファイバ３０においては、コア３０１の屈折率が最も高く、第１クラッド３０２、第２クラッド３０３の順に外周側に向かって屈折率が低くなっている。例えば、コア３０１及び第１クラッド３０２はガラスから構成され、第２クラッド３０３及び被覆材３０４は樹脂から構成される。また、コア３０１の外径はＤ３０１、第１クラッド３０２の外径はＤ３０２、第２クラッド３０３の外径はＤ３０３である。

図６は、第２の出力側光ファイバ３１の断面と屈折率とを示す図である。図６に示すように、本実施形態における第２の出力側光ファイバ３１は、コア３１１と、コア３１１の周囲に形成されたクラッド３１２と、クラッド３１２を覆う被覆材３１３とを有するシングルクラッドファイバ（ＳＣＦ）により構成されている。この第２の出力側光ファイバ３１においては、クラッド３１２の屈折率がコア３１１の屈折率よりも低くなっている。例えば、コア３１１及びクラッド３１２はガラスから構成され、被覆材３１３は樹脂から構成される。また、コア３１１の外径はＤ３１１、クラッド３１２の外径はＤ３１２となっておえり、Ｄ３１１＝Ｄ３０１、Ｄ３１２＝Ｄ３０２となっている。

図７は、第１の出力側光ファイバ３０に形成された余剰光除去部５１を模式的に示す断面図である。図７に示すように、余剰光除去部５１においては、第１の出力側光ファイバ３０の第２クラッド３０３と被覆材３０４とが所定の長さだけ除去され、ガラス製の第１クラッド３０２が外部に露出している。このように、余剰光除去部５１では、第１の出力側光ファイバ３０の第１クラッド３０２が露出した出力側クラッド露出部４６が形成されている。

図８は、第１の出力側光ファイバ３０と第２の出力側光ファイバ３１との融着部Ｐ５を模式的に示す断面図である。図８に示すように、融着部Ｐ５の近傍において、第１の出力側光ファイバ３０の第２クラッド３０３と被覆材３０４とが除去され、ガラス製の第１クラッド３０２が外部に露出している。また、融着部Ｐ５の近傍において、第２の出力側光ファイバ３１の被覆材３１３が除去され、ガラス製のクラッド３１２が外部に露出している。このように、融着部Ｐ５では、第１の出力側光ファイバ３０の第１クラッド３０２と第２の出力側光ファイバ３１のクラッド３１２とが露出した出力側クラッド露出部４７が形成されている。

ここで、上述した余剰光除去部５１及び融着部Ｐ５は第１のチャンバ１４内に配置されているため、上述した出力側クラッド露出部４６及び４７は第１の冷媒７１中に浸漬された状態となっている。第１の冷媒７１の屈折率は、上述したように第１の入力側光ファイバ４０の第２クラッド４０３の屈折率及び第２の入力側光ファイバ４１のクラッド４１２の屈折率と同一又はそれよりも高いだけではなく、第１の出力側光ファイバ３０の第１クラッド３０２及び第２の出力側光ファイバ３１のクラッド３１２の屈折率と同一又はそれよりも高い。

このような構成によれば、増幅用光ファイバ２８により生成されたレーザ光は、第１の出力側光ファイバ３０のコア３０１を伝搬し（図７の矢印Ｌ５参照）、図８に示すように、第２の出力側光ファイバ３１のコア３１１に入射する。このレーザ光は、第２の出力側光ファイバ３１のコア３１１を伝搬して（図８の矢印Ｌ６参照）筐体１０の外部に設けられたレーザ出射部５０に至り、レーザ出射部５０から例えば被加工物などに向けて照射される。

一方、増幅用光ファイバ２８においてコアに吸収しきれなかった励起光や第１の出力側光ファイバ３０のコア３０１から漏れ出た光などの余剰光は、第１の出力側光ファイバ３０の第２クラッド３０３の屈折率が第１クラッド３０２の屈折率よりも低いために第１の出力側光ファイバ３０の第１クラッド３０２の内部を伝搬していく。上述した余剰光除去部５１では、第１の出力側光ファイバ３０の第１クラッド３０２が、この第１クラッド３０２の屈折率と同一又はそれよりも高い屈折率を有する第１の冷媒７１中に浸漬されているため、図７に示すように、第１クラッド３０２を伝搬する余剰光は、第１クラッド３０２から第１の冷媒７１に漏れ出ることになる（矢印Ｌ７参照）。このようにして第１の冷媒７１に漏れ出た余剰光は第１の冷媒７１に吸収されて熱に変換される。

このような余剰光除去部５１で除去できなかった余剰光は、図８に示す融着部Ｐ５に至り、融着部Ｐ５近傍の出力側クラッド露出部４７において、再び第１クラッド３０２から第１の冷媒７１に漏れ出るか（矢印Ｌ８参照）、あるいは第２の出力側光ファイバ３１のクラッド３１２に入射した後に第１の冷媒７１に漏れ出ることになる。また、融着部Ｐ５において第１の出力側光ファイバ３０のコア３０１から第２の出力側光ファイバ３１のクラッド３１２に漏れ出た光も、図８に示すように、クラッド３１２から第１の冷媒７１に漏れ出ることになる（矢印Ｌ９参照）。このようにして第１の冷媒７１に漏れ出た余剰光は第１の冷媒７１に吸収されて熱に変換される。

このように、本実施形態によれば、第２の入力側光ファイバ４１のクラッド４１２を伝搬する余剰光、第１の出力側光ファイバ３０の第１クラッド３０２を伝搬する余剰光、及び第２の出力側光ファイバ３１のクラッド３１２を伝搬する余剰光を樹脂などを介さずに直接第１の冷媒７１に入射させて熱に変換することができる。したがって、放熱用金属板などを介して放熱を行っていた従来の構造に比べて放熱効率を向上させることができる。また、ファイバレーザ装置の一部の構成要素（第１の出力側光ファイバ３０の一部、第２の出力側光ファイバ３１の一部、第１の入力側光ファイバ４０の一部、及び第２の入力側光ファイバ４１の一部）が第１の冷媒７１に浸漬されるので、これらの構成要素で生じる熱が第１の冷媒７１に吸収され、これらの構成要素が高温になることが抑制される。さらに、第２の入力側光ファイバ４１のクラッド４１２を伝搬する余剰光、第１の出力側光ファイバ３０の第１クラッド３０２を伝搬する余剰光、及び第２の出力側光ファイバ３１のクラッド３１２を伝搬する余剰光のすべてを単一の冷媒槽（第１のチャンバ１４）により除去することができるため、放熱性に優れたファイバレーザ装置を安価に提供することが可能となる。

一方、上述したように、前方励起光源２１Ａ、前方インラインコンバイナ２４Ａ、ＨＲ−ＦＢＧ２６、増幅用光ファイバ２８、ＯＣ−ＦＢＧ２７、後方インラインコンバイナ２４Ｂ、後方励起光源２１Ｂ、第１の出力側光ファイバ３０の一部、及び第１の入力側光ファイバ４０の一部は、第２のチャンバ１６内の第２の冷媒７２中に浸漬されている。このような構成により、これらの部分において余剰光が光ファイバの外部に漏れ出ることが防止される。以下、この点について、ＨＲ−ＦＢＧ２６と増幅用光ファイバ２８との融着部Ｐ２を例として説明する。

図９は、ＨＲ−ＦＢＧ２６の断面と屈折率とを示す図である。図９に示すように、本実施形態におけるＨＲ−ＦＢＧ２６は、周期的に屈折率を変化させたコア２６１と、コア２６１の周囲に形成された第１クラッド２６２と、第１クラッド２６２の周囲に形成された第２クラッド２６３と、第２クラッド２６３の周囲に形成された被覆材２６４とを有するダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）により構成されている。このＨＲ−ＦＢＧ２６においては、コア２６１の屈折率が最も高く、第１クラッド２６２、第２クラッド２６３の順に外周側に向かって屈折率が低くなっている。例えば、コア２６１及び第１クラッド２６２はガラスから構成され、第２クラッド２６３及び被覆材２６４は樹脂から構成される。また、コア２６１の外径はＤ２６１、第１クラッド２６２の外径はＤ２６２、第２クラッド２６３の外径はＤ２６３である。

図１０は、増幅用光ファイバ２８の断面と屈折率とを示す図である。図１０に示すように、本実施形態における増幅用光ファイバ２８は、イットリウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）などの希土類イオンが添加されたコア２８１と、コア２８１の周囲に形成された第１クラッド２８２と、第１クラッド２８２の周囲に形成された第２クラッド２８３と、第２クラッド２８３の周囲に形成された被覆材２８４とを有するダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）により構成されている。この増幅用光ファイバ２８においては、コア２８１の屈折率が最も高く、第１クラッド２８２、第２クラッド２８３の順に外周側に向かって屈折率が低くなっている。例えば、コア２８１及び第１クラッド２８２はガラスから構成され、第２クラッド２８３及び被覆材２８４は樹脂から構成される。また、コア２８１の外径はＤ２８１、第１クラッド２８２の外径はＤ２８２、第２クラッド２８３の外径はＤ２８３であり、Ｄ２８１＝Ｄ２６１、Ｄ２８２＝Ｄ２６２となっている。

図１１は、ＨＲ−ＦＢＧ２６と増幅用光ファイバ２８との融着部Ｐ２を模式的に示す断面図である。図１１に示すように、融着部Ｐ２の近傍において、ＨＲ−ＦＢＧ２６の第２クラッド２６３と被覆材２６４とが除去され、ガラス製の第１クラッド２６２が外部に露出している。また、融着部Ｐ２の近傍において、増幅用光ファイバ２８の第２クラッド２６３と被覆材２８４とが除去され、ガラス製の第１クラッド２８２が外部に露出している。このように、融着部Ｐ２では、ＨＲ−ＦＢＧ２６の第１クラッド２６２と増幅用光ファイバ２８の第１クラッド２８２とが露出した中間クラッド露出部４８が形成されている。

融着部Ｐ２は第２のチャンバ１６内に配置されているため、上述した中間クラッド露出部４８は第２の冷媒７２中に浸漬された状態となっている。この第２の冷媒７２は、ＨＲ−ＦＢＧ２６の第１クラッド２６２の屈折率及び増幅用光ファイバ２８の第１クラッド２８２の屈折率よりも低い屈折率を有している。このような第２の冷媒７２の一例としてフロリナート（米国３Ｍ社の商標）やノベック（米国３Ｍ社の商標）、水を挙げることができる。

このような構成によれば、図１１に示すように、ＨＲ−ＦＢＧ２６のコア２６１を伝搬する光は、増幅用光ファイバ２８のコア２８１に入射し、増幅用光ファイバ２８のコア２８１を伝搬する（矢印Ｌ１０参照）。また、励起光源２１Ａからの励起光は、ＨＲ−ＦＢＧ２６の第２クラッド２６３の屈折率が第１クラッド２６２の屈折率よりも低いために第１クラッド２６２内を伝搬していく。このとき、融着部Ｐ２においては、ＨＲ−ＦＢＧ２６の第１クラッド２６２が、この第１クラッド２６２の屈折率よりも低い屈折率を有する第２の冷媒７２中に浸漬されているため、励起光は第２の冷媒７２に漏れ出すことがなく、第１クラッド２６２内を伝搬し、増幅用光ファイバ２８の第１クラッド２８２に入射する。増幅用光ファイバ２８の第１クラッド２８２も、この第１クラッド２８２の屈折率よりも低い屈折率を有する第２の冷媒７２中に浸漬されているため、励起光は第２の冷媒７２に漏れ出すことがなく、増幅用光ファイバ２８内を伝搬し（矢印Ｌ１１参照）、増幅用光ファイバ２８のコア２８１中のイオンを励起させる。また、融着部Ｐ２においてＨＲ−ＦＢＧ２６のコア２６１から増幅用光ファイバ２８の第１クラッド２８２に漏れ出た光も同様に第２の冷媒７２に漏れ出すことがなく、増幅用光ファイバ２８の第１クラッド２８２を伝搬していく（矢印Ｌ１２参照）。

このように、本実施形態によれば、中間クラッド露出部４８が、ＨＲ−ＦＢＧ２６の第１クラッド２６２の屈折率及び増幅用光ファイバ２８の第１クラッド２８２の屈折率よりも低い屈折率を有する第２の冷媒７２に浸漬されているため、これらの第１クラッド２６２及び２８２の内部に光を閉じ込めることができる。これは、第２のチャンバ１６内でクラッドが露出している他の箇所（中間クラッド露出部）、例えば融着部Ｐ１，Ｐ３，Ｐ４などにおいても同様である。

また、ファイバレーザ装置１の前方励起光源２１Ａ、前方インラインコンバイナ２４Ａ、ＨＲ−ＦＢＧ２６、増幅用光ファイバ２８、ＯＣ−ＦＢＧ２７、後方インラインコンバイナ２４Ｂ、後方励起光源２１Ｂ、第１の出力側光ファイバ３０の一部、及び第１の入力側光ファイバ４０の一部が第２の冷媒７２に浸漬されているため、増幅用光ファイバ２８における誘導放出に生じる熱など、これらの構成要素で生じる熱は、第２の冷媒７２に吸収されるので、これらの構成要素が高温になることが抑制される。

また、第１のチャンバ１４における冷却効率を向上するために、第１のチャンバ１４内の第１の冷媒７１を循環させる冷媒循環機構（第１の冷媒循環機構）として、例えば図１２に示すようなポンプ３１０及び冷却器３２０を第１のチャンバ１４に接続してもよい。さらに、第２のチャンバ１６における冷却効率を向上するために、第２のチャンバ１６内の第２の冷媒７２を循環させる冷媒循環機構（第２の冷媒循環機構）として、例えばポンプ４１０及び冷却器４２０を第２のチャンバ１６に接続してもよい。これらの冷媒循環機構により、熱を吸収した冷媒を放熱のために循環することができる。

なお、本実施形態では、入力側光ファイバ４０，４１を反射光モニタ部５２に接続した例について説明したが、入力側光ファイバを例えばシード光を発生するシード光源に接続してＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置を構成してもよい。この場合には、ＨＲ−ＦＢＧ２６及びＯＣ−ＦＢＧ２７が不要となる。

図１３は、上述したファイバレーザ装置１の具体的形態の例を模式的に示す正面図である。図１４は、図１３のＡ−Ａ線断面図、図１５は、図１３のＢ−Ｂ線断面図である。図１３から図１５に示すように、この形態では、直方体状の筐体１０を仕切壁１２で上下に分割し、下側に第１のチャンバ１４、上側に第２のチャンバ１６を形成している。このように、第１のチャンバ１４と第２のチャンバ１６との間に仕切壁１２を介在させてこれらのチャンバ１４，１６を上下に隣接して配置することにより、第１のチャンバ１４と第２のチャンバ１６との間で仕切壁１２を共有することができ、筐体１０をコンパクトにすることができる。これによって、ファイバレーザ装置１の小型化を図ることができる。

図１４及び図１５に示すように、仕切壁１２には連絡孔１３が形成されており、この連絡孔１３には第１のチャンバ１４と第２のチャンバ１６との間を連絡する光ファイバ３０，４０が通るようになっている。この連絡孔１３は樹脂６０により封止され、これにより下側の第１のチャンバ１４の内部空間と上側の第２のチャンバ１６の内部空間とが隔絶される。そして、第１のチャンバ１４の内部空間には上述した第１の冷媒が充填され、第２のチャンバ１６の内部空間には上述した第２の冷媒が充填される。このように、仕切壁１２に連絡孔１３を形成してこの連絡孔１３に光ファイバ３０，４０を通過させることにより、光ファイバ３０，４０を筐体１０の外部に出すことなく第１のチャンバ１４と第２のチャンバ１６との間で光ファイバ３０，４０を取り回すことができるので、ファイバレーザ装置１の小型化を図ることができる。

上述した実施形態では、第１のチャンバ１４に第１の冷媒７１を充填する例を説明したが、入力側クラッド露出部と出力側クラッド露出部が第１の冷媒７１に浸漬されるのであれば、第１のチャンバ１４が第１の冷媒７１で満たされている必要はない。また、同様に、上述した実施形態では、第２のチャンバ１６に第２の冷媒７２を充填する例を説明したが、中間クラッド露出部が第２の冷媒７２に浸漬されるのであれば、第２のチャンバ１６が第２の冷媒７２で満たされている必要はない。

また、上述した実施形態では、前方励起光源２１Ａと後方励起光源２１Ｂとが第２の冷媒７２に浸漬されているが、これらの構成要素を筐体１０の外部に配置してもよい。

また、図示の例では、増幅用光ファイバ２８の前方と後方に励起光源２１Ａ，２１Ｂとインラインコンバイナ２４Ａ，２４Ｂが設けられており、双方向励起型のファイバレーザ装置となっているが、増幅用光ファイバ２８の前方と後方のいずれか一方にのみ励起光源とインラインコンバイナを設置することとしてもよい。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１ ファイバレーザ装置
１０ 筐体
１２ 仕切壁
１３ 連絡孔
１４ 第１のチャンバ（第１の冷媒槽）
１６ 第２のチャンバ（第２の冷媒槽）
１９ 封止部材
２１Ａ，２１Ｂ 励起光源
２３Ａ，２３Ｂ 励起光源ユニット
２４Ａ，２４Ｂ インラインコンバイナ
２６ 高反射ファイバブラッググレーディング（ＨＲ−ＦＢＧ）
２７ 低反射ファイバブラッググレーディング（ＯＣ−ＦＢＧ）
２８ 増幅用光ファイバ
３０，３１ 出力側光ファイバ
４０，４１ 入力側光ファイバ
４５ 入力側クラッド露出部
４６，４７ 出力側クラッド露出部
４８ 中間クラッド露出部
５０ レーザ出射部
５１ 余剰光除去部
５２ 反射光モニタ部
６１ 保護部材
７１ 第１の冷媒
７２ 第２の冷媒
２６１，２８１，３０１，３１１，４０１，４１１ コア
２６２，２８２，３０２，４０２ 第１クラッド
２６３，２８３，３０３，４０３ 第２クラッド
２６４，２８４，３０４，３１３，４０５，４１３ 被覆材
３１０ ポンプ
３１２，４１２ クラッド
３２０ 冷却器
４０４ 第３クラッド
４１０ ポンプ
４２０ 冷却器
Ｐ１〜Ｐ６ 融着部

Claims (7)

1. 励起光を出力する励起光源と、前記励起光源からの励起光により励起される希土類元素が添加されたコアを有する増幅用光ファイバとを含む光ファイバ増幅器と、
   前記光ファイバ増幅器の入力側に接続される入力側光ファイバと、
   前記光ファイバ増幅器の出力側に接続される出力側光ファイバと、
   前記入力側光ファイバの少なくとも一部のクラッドが露出している入力側クラッド露出部と、
   前記出力側光ファイバの少なくとも一部のクラッドが露出している出力側クラッド露出部と、
   前記入力側クラッド露出部において露出しているクラッドの屈折率及び前記出力側クラッド露出部において露出しているクラッドの屈折率と同一又はそれよりも高い屈折率を有する第１の冷媒を収容した第１の冷媒槽と
   を備え、
   前記入力側クラッド露出部と前記出力側クラッド露出部とが、前記第１の冷媒槽に充填された前記第１の冷媒中に浸漬されている、
   ファイバレーザ装置。
2. 前記第１の冷媒槽中の前記第１の冷媒を循環させる第１の冷媒循環機構をさらに備える、請求項１のファイバレーザ装置。
3. 前記励起光源から前記増幅用光ファイバに至るまでの光ファイバの少なくとも一部のクラッドが露出している中間クラッド露出部と、
   前記中間クラッド露出部において露出しているクラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する第２の冷媒を充填した第２の冷媒槽と
   をさらに備え、
   前記中間クラッド露出部及び前記増幅用光ファイバが、前記第２の冷媒槽に充填された前記第２の冷媒中に浸漬されている、
   請求項１又は２に記載のファイバレーザ装置。
4. 前記励起光源が、前記第２の冷媒槽に充填された前記第２の冷媒中に浸漬されている、請求項３に記載のファイバレーザ装置。
5. 前記第２の冷媒槽中の前記第２の冷媒を循環させる第２の冷媒循環機構をさらに備える、請求項３又は４に記載のファイバレーザ装置。
6. 互いに隣接して配置された前記第１の冷媒槽と前記第２の冷媒槽とを仕切る仕切壁をさらに備える、請求項３から５のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
7. 前記仕切壁には、前記第１の冷媒槽と前記第２の冷媒槽との間で前記入力側光ファイバ及び前記出力側光ファイバを通過させるための連絡孔が形成されている、請求項６に記載のファイバレーザ装置。
   

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