JP2018165813A - クラッドモード光除去構造及びレーザ装置 - Google Patents

クラッドモード光除去構造及びレーザ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】光ファイバの被覆における発熱を抑制しつつクラッドモード光を効果的に除去することができるクラッドモード光除去構造を提供する。
【解決手段】クラッドモード光除去構造１は、入力側光ファイバ２０のクラッド２４が露出されたクラッド露出部２８と、出力側光ファイバ３０のクラッド３４が露出されたクラッド露出部３８と、クラッド露出部２８，３８が融着接続される融着接続部４０と、クラッド２４の屈折率以上の屈折率を有する高屈折率樹脂５０と、クラッド３４の屈折率よりも低い屈折率を有する媒質からなる低屈折率部Ｓとを備える。高屈折率樹脂５０は、クラッド２４の少なくとも一部と、融着接続部４０と、クラッド３４の一部とを覆うようにファイバ収容部１０の収容空間Ｒ内に設けられる。低屈折率部Ｓは、高屈折率樹脂５０と出力側光ファイバ３０の被覆３６との間かつ出力側クラッド露出部３８の周囲に位置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、クラッドモード光除去構造に係り、特にファイバレーザなどのレーザ装置において光ファイバのクラッドを伝搬するクラッドモード光を除去するための構造に関するものである。
ファイバレーザなどのレーザ装置においては、光ファイバ同士の融着接続部における光軸のずれや光ファイバの微小な曲げなどによって、光ファイバのコアを伝搬する光の一部がクラッドに漏れ出し、クラッド内をクラッドモード光として伝搬することがある。このようなクラッドモード光は、レーザ装置から出力されるレーザ光の品質を悪化させる原因となるため、レーザ装置からレーザ光が出力されるまでにクラッドモード光を除去することが望ましい。ファイバレーザなどのレーザ装置の高出力化に伴って、このようなクラッドモード光のパワーも大きくなり、クラッドモード光の除去に対する要望がより一層高まっている。
このようなクラッドモード光を除去するために、光ファイバの被覆の一部を除去してクラッドを露出させ、この露出したクラッドをこのクラッドよりも屈折率の高い樹脂で覆うことも考えられている（例えば、特許文献１参照）。図１は、このような従来のクラッドモード光除去構造を模式的に示す断面図である。図１に示すように、このクラッドモード光除去構造５０１では、光ファイバ５１０の被覆５２０の一部を除去してクラッド５３０を露出させ、このクラッド５３０が露出した部分をクラッド５３０よりも屈折率の高い樹脂５４０で覆っている。
このような構造によれば、クラッド５３０を覆う樹脂５４０の屈折率がクラッド５３０の屈折率よりも高いため、クラッド５３０を伝搬するクラッドモード光ＬCが樹脂５４０に漏れ出して、その一部が樹脂５４０に吸収されて熱に変換される。この熱は、筐体５５０から筐体５５０に接続されたヒートシンク（図示せず）を介して外部に放出される。このようにして、クラッドモード光ＬCを熱に変換して外部に放出することで、不要なクラッドモード光ＬCを除去することができる。
ここで、樹脂５４０に漏れ出たクラッドモード光ＬRは、上述したように、その一部が熱に変換されながら樹脂５４０内を伝搬していくが、図１に示す構造では、クラッド５３０を被覆する樹脂５４０が下流側の被覆５２０Ａに接しているため、樹脂５４０に漏れ出たクラッドモード光ＬRの一部が下流側の被覆５２０Ａに入射することが考えられる。このような場合には、クラッドモード光ＬRが被覆５２０Ａに吸収され、被覆５２０Ａが発熱して高温になってしまう。また、クラッドモード光ＬRが被覆５２０Ａに直接入射しなくても、樹脂５４０がクラッドモード光ＬRを吸収することにより生じた熱が樹脂５４０を介して被覆５２０Ａに伝わり、被覆５２０Ａが高温になってしまうことも考えられる。このように被覆５２０Ａが高温になると、被覆５２０Ａの発火や光ファイバ５１０の光学特性の悪化のおそれがある。
特許第４９５４７３７号明細書
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、光ファイバの被覆における発熱を抑制しつつクラッドモード光を効果的に除去することができるクラッドモード光除去構造及びそのようなクラッドモード光除去構造を含む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、光ファイバの被覆における発熱を抑制しつつクラッドモード光を効果的に除去することができるクラッドモード光除去構造が提供される。このクラッドモード光除去構造は、光ファイバのクラッド内を伝搬するクラッドモード光を除去するために使用される。上記クラッドモード光除去構造は、入力側光ファイバの端部において被覆が除去されて上記入力側光ファイバの入力側クラッドが露出された入力側クラッド露出部と、出力側光ファイバの端部において被覆が除去されて上記出力側光ファイバの出力側クラッドが露出された出力側クラッド露出部と、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互いに融着接続される融着接続部と、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、上記融着接続部とを収容する収容空間が形成されたファイバ収容部とを備える。さらに、上記クラッドモード光除去構造は、上記入力側クラッド露出部で露出する上記入力側クラッドの屈折率以上の屈折率を有する高屈折率樹脂を備える。この高屈折率樹脂は、上記入力側クラッド露出部で露出する上記入力側クラッドの少なくとも一部と、上記融着接続部と、上記出力側クラッド露出部で露出する上記出力側クラッドの一部とを覆うように上記ファイバ収容部の上記収容空間内に設けられる。さらに、上記クラッドモード光除去構造は、上記出力側クラッド露出部の上記出力側クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する媒質からなる低屈折率部を備える。上記低屈折率部は、上記出力側光ファイバの軸方向において上記高屈折率樹脂と上記出力側光ファイバの上記被覆との間かつ上記出力側クラッド露出部の周囲に位置する。
本発明における「クラッド」は、光ファイバが複数のクラッドを有する場合には、最外層のクラッドを意味する。すなわち、「入力側クラッド」は、入力側光ファイバが複数層のクラッドを有する場合には、入力側光ファイバの最外層のクラッドを意味し、「出力側クラッド」は、出力側光ファイバが複数層のクラッドを有する場合には、出力側光ファイバの最外層のクラッドを意味する。
このような構成により、入力側光ファイバの入力側クラッドを伝搬してきたクラッドモード光が入力側クラッド露出部に至ると、入力側クラッドの少なくとも一部が高屈折率樹脂で覆われているため、その部分からクラッドモード光が高屈折率樹脂に漏れ出して、その一部が高屈折率樹脂に吸収されて熱に変換される。したがって、ファイバ収容部を介してこの熱を外部に放出することができ、クラッドモード光を効果的に除去することができる。このとき、出力側光ファイバの軸方向において、高屈折率樹脂と出力側光ファイバの被覆との間には低屈折率部が介在しているため、高屈折率樹脂で発生した熱が直接出力側光ファイバの被覆に伝わることがない。
また、入力側光ファイバのクラッドを伝搬するクラッドモード光が、高屈折率樹脂に漏れきらずに出力側光ファイバのクラッドに入射したとしても、出力側クラッド露出部の周囲には、出力側クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する媒質からなる低屈折率部が位置しているため、そのようなクラッドモード光を出力側光ファイバのクラッド内に閉じ込めることができる。したがって、出力側光ファイバの被覆の近傍で漏れるクラッドモード光を抑制できるため、漏れたクラッドモード光が被覆に直接入射して吸収されることを抑制することができる。
上記出力側光ファイバの軸方向に沿った上記低屈折率部の長さｘは、上記出力側光ファイバの上記被覆の径をＤ1、上記出力側光ファイバの上記出力側クラッドの径をＤ2とすると、上記高屈折率樹脂の屈折率をｎH、上記低屈折率部を構成する媒質の屈折率をｎL、上記高屈折率樹脂中のクラッドモード光の開口数をＮＡとすると、
Figure 2018165813
 を満たすことが好ましい。この条件を満たす場合には、高屈折率樹脂から低屈折率部に入射したクラッドモード光が出力側光ファイバの被覆に直接入射することが防止されるので、出力側光ファイバの被覆の発熱をより効果的に抑制することができる。
また、上記入力側クラッドの径は上記出力側クラッドの径よりも大きいことが好ましい。このように、入力側クラッドの径が出力側クラッドの径よりも大きい場合には、融着接続部において入力側光ファイバのクラッドを伝搬するクラッドモード光が高屈折率樹脂に漏れやすくなるので、より効果的にクラッドモード光を除去することが可能となる。また、入力側クラッドと出力側クラッドとが同径の場合と比べて、クラッドから漏れ出るクラッドモード光のパワー密度を下げることができるので、高屈折率樹脂の局所的な温度上昇を抑制することができる。
本発明の第２の態様によれば、光ファイバの被覆における発熱を抑制しつつクラッドモード光を効果的に除去することができるレーザ装置が提供される。このレーザ装置は、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、上述したクラッドモード光除去構造とを備えている。このクラッドモード光除去構造においては、上記光ファイバ増幅器の上記増幅用光ファイバ又はその下流側に位置する光ファイバが上記入力側光ファイバとされる。
本発明によれば、入力側光ファイバの入力側クラッドを伝搬してきたクラッドモード光が入力側クラッド露出部に至ると、入力側クラッドの少なくとも一部が高屈折率樹脂で覆われているため、その部分からクラッドモード光が高屈折率樹脂に漏れ出して、その一部が高屈折率樹脂に吸収されて熱に変換される。したがって、ファイバ収容部を介してこの熱を外部に放出することができる。このとき、出力側光ファイバの軸方向において、高屈折率樹脂と出力側光ファイバの被覆との間には低屈折率部が介在しているため、高屈折率樹脂で発生した熱が直接出力側光ファイバの被覆に伝わることがない。
また、入力側光ファイバのクラッドを伝搬するクラッドモード光が、高屈折率樹脂に漏れきらずに出力側光ファイバのクラッドに入射したとしても、出力側クラッド露出部の周囲には、出力側クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する媒質からなる低屈折率部が位置しているため、そのようなクラッドモード光を出力側光ファイバのクラッド内に閉じ込めることができる。したがって、出力側光ファイバの被覆の近傍で漏れるクラッドモード光を抑制できるため、漏れたクラッドモード光が被覆に直接入射して吸収されることを抑制することができる。
図１は、従来のクラッドモード光除去構造を模式的に示す断面図である。 図２は、本発明の一実施形態におけるクラッドモード光除去構造を模式的に示す断面図である。 図３は、図２に示すクラッドモード光除去構造の一部を模式的に示す断面図である。 図４は、本発明の他の実施形態におけるクラッドモード光除去構造を模式的に示す断面図である。 図５は、本発明に係るクラッドモード光除去構造を適用可能なファイバレーザの一例を示す模式図である。 図６は、本発明に係るクラッドモード光除去構造を適用可能なファイバレーザの他の例を示す模式図である。 図７は、図６に示すファイバレーザにおける増幅用光ファイバを模式的に示す断面図である。
以下、本発明に係るクラッドモード光除去構造及びこれを備えたレーザ装置の実施形態について図２から図７を参照して詳細に説明する。なお、図２から図７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２から図７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２は、本発明の一実施形態におけるクラッドモード光除去構造１を模式的に示す断面図である。図２に示すように、クラッドモード光除去構造１は、例えば熱伝導性の良い窒化アルミニウムなどの材料からなる略直方体状のファイバ収容部１０を備えている。このファイバ収容部１０はヒートシンク（図示）に接続されている。ファイバ収容部１０の内部に形成された収容空間Ｒには、入力側光ファイバ２０とその下流側に位置する出力側光ファイバ３０とが互いに融着接続された融着接続部４０が収容されている。
本実施形態における入力側光ファイバ２０は、コア２２と、コア２２の周囲を覆うクラッド２４と、クラッド２４の周囲を覆う被覆２６とを含んでいる。クラッド２４はコア２２の屈折率よりも低い屈折率の材料（例えばＳｉＯ2）から構成され、被覆２６はクラッド２４の屈折率よりも低い屈折率の樹脂（例えば低屈折率ポリマー）から構成される。同様に、出力側光ファイバ３０は、コア３２と、コア３２の周囲を覆うクラッド３４と、クラッド３４の周囲を覆う被覆３６とを含んでいる。クラッド３４はコア３２の屈折率よりも低い屈折率の材料（例えばＳｉＯ2）から構成され、被覆３６はクラッド３４の屈折率よりも低い屈折率の樹脂（例えば低屈折率ポリマー）から構成される。
入力側光ファイバ２０の被覆２６は下流側端部から所定の長さだけ全周にわたって除去されており、これにより入力側光ファイバ２０のクラッド（入力側クラッド）２４が露出された入力側クラッド露出部２８が形成されている。また、出力側光ファイバ３０の被覆３６は上流側端部から所定の長さだけ全周にわたって除去されており、これにより出力側光ファイバ３０のクラッド（出力側クラッド）３４が露出された出力側クラッド露出部３８が形成されている。これらの入力側クラッド露出部２８の下流端部と出力側クラッド露出部３８の上流端部とがファイバ収容部１０の収容空間Ｒ内で突き合わされ、融着接続部４０で互いに融着接続されている。このように、ファイバ収容部１０の収容空間Ｒには、入力側クラッド露出部２８と出力側クラッド露出部３８と融着接続部４０とが収容されており、ファイバ収容部１０は収容空間Ｒに収容されたこれらの要素を保護する役割を有している。
図２に示すように、ファイバ収容部１０の収容空間Ｒには、入力側光ファイバ２０のクラッド２４の屈折率以上の屈折率を有する材料からなる高屈折率樹脂５０が収容されている。この高屈折率樹脂５０は、入力側光ファイバ２０の被覆２６の下流側端部と、被覆２６から融着接続部４０に至る入力側クラッド露出部２８の全体と、融着接続部４０と、融着接続部４０から出力側クラッド露出部３８の途中までを覆っており、その外周面はファイバ収容部１０に接触している。この高屈折率樹脂５０は、入力側光ファイバ２０のクラッド２４の内部を伝搬するクラッドモード光ＬCを除去する役割と、入力側光ファイバ２０をファイバ収容部１０に固定する役割を有する。
また、ファイバ収容部１０の収容空間Ｒには、出力側光ファイバ３０をファイバ収容部１０に固定する固定樹脂６０が収容されている。この固定樹脂６０は、出力側光ファイバ３０の被覆３６の上流側端部を覆っており、その外周面はファイバ収容部１０に接触している。この固定樹脂６０として上述した高屈折率樹脂５０と同一の樹脂を用いることとしてもよい。
図２に示すように、出力側光ファイバ３０の軸方向において、高屈折率樹脂５０と出力側光ファイバ３０の被覆３６との間には空間Ｓが形成されており、出力側クラッド露出部３８の一部がこの空間Ｓ内に露出している。すなわち、高屈折率樹脂５０と出力側光ファイバ３０の被覆３６との間に位置する出力側クラッド露出部３８の周囲は、出力側光ファイバ３０のクラッド３４の屈折率よりも低い屈折率を有する媒質としての空気で覆われており、空間Ｓが出力側光ファイバ３０のクラッド３４の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率部となっている。なお、この低屈折率部Ｓの屈折率は、高屈折率樹脂５０の屈折率よりも低いことが好ましい。
上述のような構成によって、入力側光ファイバ２０のクラッド２４を伝搬してきたクラッドモード光ＬCが入力側クラッド露出部２８に至ると、クラッド２４が高屈折率樹脂５０で覆われているため、このクラッドモード光ＬCが高屈折率樹脂５０に漏れ出して、その一部が高屈折率樹脂５０に吸収されて熱に変換される。この熱は、ファイバ収容部１０に伝わり、ファイバ収容部１０からヒートシンクを介して外部に放出される。
このとき、高屈折率樹脂５０に漏れ出たクラッドモード光ＬRは、その一部が熱に変換されながら高屈折率樹脂５０内を伝搬していくが、出力側光ファイバ３０の軸方向において、高屈折率樹脂５０と出力側光ファイバ３０の被覆３６との間には、上述したように空間Ｓが介在しているので、高屈折率樹脂５０で発生した熱が直接出力側光ファイバ３０の被覆３６に伝わることが抑制される。
また、入力側光ファイバ２０のクラッド２４を伝搬するクラッドモード光ＬCが、高屈折率樹脂５０に漏れきらずに出力側光ファイバ３０のクラッド３４に入射したとしても、出力側クラッド露出部３８の周囲には、出力側クラッド３４の屈折率よりも低い屈折率を有する媒質からなる低屈折率部Ｓが位置しているため、そのようなクラッドモード光を出力側光ファイバ３０のクラッド３４内に閉じ込めることができる。したがって、出力側光ファイバ３０の被覆３６の近傍で漏れるクラッドモード光を抑制できるため、漏れたクラッドモード光が被覆に直接入射して吸収されることを抑制することができる。
また、２つの光ファイバ２０，３０が融着接続されている融着接続部４０においては、入力側光ファイバ２０のコア２２を伝搬する光が漏れてクラッドモード光が生じやすいが、上述のように、融着接続部４０とこれより下流側の出力側クラッド露出部３８の一部も高屈折率樹脂５０で覆われているため、融着接続部４０で生じたクラッドモード光の多くを高屈折率樹脂５０に漏らして熱に変換することができる。
ここで、高屈折率樹脂５０を伝搬してきたクラッドモード光ＬRが低屈折率部Ｓに入射することが考えられるが、出力側光ファイバ３０の被覆３６の発熱をより効果的に抑制するためには、このように低屈折率部Ｓに入射したクラッドモード光が被覆３６に直接到達することを防止すればよい。この問題を考えるために、図３に示すように、高屈折率樹脂５０の下流端の径方向の最も内側から低屈折率部Ｓに入射したクラッドモード光Ｌ0が出力側光ファイバ３０の被覆３６の径方向の最も外側に至る場合を考える。
このときの低屈折率部Ｓの出力側クラッド露出部３８の軸方向に沿った長さをｘ0、低屈折率部Ｓにおけるクラッドモード光の出射角をθ0、被覆３６の径をＤ1、出力側クラッド３４の径をＤ2とすると以下の式（１）が成り立つ。
Figure 2018165813
この式を変形すると、以下の式（２）となる。
Figure 2018165813
ここで、高屈折率樹脂５０の屈折率をｎH、低屈折率部Ｓを構成する媒質（本実施形態では空気）の屈折率をｎL、高屈折率樹脂５０におけるクラッドモード光の入射角をθ1とすると、スネルの法則より以下の式（３）が成立する。
Figure 2018165813
高屈折率樹脂５０中のクラッドモード光の開口数ＮＡは、ＮＡ＝sinθ1で表されるから、上記式（３）は以下の式（４）及び式（５）のように変形できる。
Figure 2018165813
上記式（２）と式（５）から以下の式（６）が導き出せる。
Figure 2018165813
ここで、出力側光ファイバ３０の軸方向において、出力側光ファイバ３０の被覆３６から高屈折率樹脂５０の下流端までの距離ｘ（図２）が上記式（５）で表されるｘ0よりも長ければ、低屈折率部Ｓに入射したクラッドモード光が被覆３６に直接到達しないこととなる。すなわち、以下の関係が満たされれば、クラッドモード光が被覆３６に直接到達しないこととなる。
Figure 2018165813
高屈折率樹脂５０として屈折率１．５４の樹脂を用い、空気の屈折率を１．００とした場合に、高屈折率樹脂５０中のクラッドモード光の開口数ＮＡを変化させたときのｘ0（単位：μｍ）を以下の３つの出力側光ファイバ３０について算出したところ、表１のようになった。
（１）被覆３６の径Ｄ1＝２５０μｍ、クラッド３４の径Ｄ2＝１２５μｍ
（２）被覆３６の径Ｄ1＝２００μｍ、クラッド３４の径Ｄ2＝９０μｍ
（３）被覆３６の径Ｄ1＝３２０μｍ、クラッド３４の径Ｄ2＝２８０μｍ
Figure 2018165813
上述した実施形態では、入力側光ファイバ２０のクラッド２４の径と出力側光ファイバ３０のクラッド３４の径とが同一である例を説明したが、入力側光ファイバ２０のクラッド２４の径と出力側光ファイバ３０のクラッド３４の径とが異なっていてもよい。特に、図４に示すように、出力側光ファイバ３０のクラッド３４の径が入力側光ファイバ２０のクラッド２４の径より小さい場合には、融着接続部４０において入力側光ファイバ２０のクラッド２４を伝搬するクラッドモード光が高屈折率樹脂５０に漏れやすくなるので、より効果的にクラッドモード光を除去することが可能となる。また、入力側光ファイバ２０クラッド２４と出力側光ファイバ３０のクラッド３４とが同径の場合と比べて、クラッド２４から漏れ出るクラッドモード光のパワー密度を下げることができるので、高屈折率樹脂５０の局所的な温度上昇を抑制することができる。
上述した実施形態では、低屈折率部Ｓが空気により構成されていたが、低屈折率部Ｓは、出力側光ファイバ３０のクラッド３４の屈折率よりも低い屈折率を有する任意の媒質により構成することができる。例えば、出力側光ファイバ３０のクラッド３４の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂により低屈折率部Ｓを構成してもよい。この場合において、高屈折率樹脂５０で発生した熱が出力側光ファイバ３０の被覆３６に伝わることを抑制するために、低屈折率部Ｓを構成する樹脂の熱伝導率は高屈折率樹脂５０の熱伝導率よりも低いことが好ましい。
また、上述の実施形態においては、入力側クラッド露出部２８の全体が高屈折率樹脂５０で覆われている例を説明したが、入力側クラッド露出部２８の一部のみが高屈折率樹脂５０で覆われていてもよい。その場合には、入力側クラッド露出部２８の一部と融着接続部４０と出力側クラッド露出部３８の一部とが高屈折率樹脂５０で覆われることになる。
また、上述した実施形態では、入力側光ファイバ２０及び出力側光ファイバ３０のいずれもシングルクラッドファイバにより構成されていたが、入力側光ファイバ２０又は出力側光ファイバ３０が２層以上のクラッドを有するファイバである場合にも、本発明を適用できることは言うまでもない。入力側光ファイバ２０が複数層のクラッドを有するファイバである場合には、高屈折率樹脂５０として、入力側光ファイバ２０の最外層のクラッドの屈折率以上の屈折率を有する材料を用いる。また、出力側光ファイバ３０が複数層のクラッドを有するファイバである場合には、出力側光ファイバ３０の最外層のクラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する媒質により低屈折率部Ｓを構成する。
上述したクラッドモード光除去構造は、ファイバレーザなどのレーザ装置においてクラッドモード光を除去したい箇所に適用することができる。図５は、本発明に係るクラッドモード光除去構造を適用可能なファイバレーザの一例を示す模式図である。
図５に示すファイバレーザ１０１は、光共振器１１０と、光共振器１１０の前方から光共振器１１０に励起光を導入する複数の前方励起光源１２０Ａと、これらの前方励起光源１２０Ａが接続された前方インラインコンバイナ１２２Ａと、光共振器１１０の後方から光共振器１１０に励起光を導入する複数の後方励起光源１２０Ｂと、これらの後方励起光源１２０Ｂが接続された後方インラインコンバイナ１２２Ｂとを備えている。光共振器１１０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を有する増幅用光ファイバ１１２と、増幅用光ファイバ１１２及び前方インラインコンバイナ１２２Ａ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））１１４と、増幅用光ファイバ１１２及び後方インラインコンバイナ１２２Ｂ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））１１６とから構成されている。例えば、増幅用光ファイバ１１２は、コアの周囲に形成された内側クラッドと、内側クラッドの周囲に形成された外側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。
また、図５に示すように、ファイバレーザ１０１は、後方インラインコンバイナ１２２Ｂから延びる第１のデリバリファイバ１３０と、この第１のデリバリファイバ１３０と融着接続部１４０で融着接続される第２のデリバリファイバ１５０とを有している。この第２のデリバリファイバ１５０の下流側の端部には増幅用光ファイバ１１２からのレーザ発振光を例えば被処理物に向けて出射するレーザ出射部１６０が設けられている。
前方励起光源１２０Ａ及び後方励起光源１２０Ｂ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１２２Ａ及び後方インラインコンバイナ１２２Ｂは、それぞれ前方励起光源１２０Ａ及び後方励起光源１２０Ｂから出力される励起光を結合して上述した増幅用光ファイバ１１２の内側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１１２の内側クラッドの内部を励起光が伝搬する。
ＨＲ−ＦＢＧ１１４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−ＦＢＧ１１６は、ＨＲ−ＦＢＧ１１４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−ＦＢＧ１１４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。このように、ＨＲ−ＦＢＧ１１４と増幅用光ファイバ１１２とＯＣ−ＦＢＧ１１６とによって、ＨＲ−ＦＢＧ１１４とＯＣ−ＦＢＧ１１６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１１０が構成される。
このような構成のファイバレーザ１０１において、上述したクラッドモード光除去構造１を例えば第１のデリバリファイバ１３０と第２のデリバリファイバ１５０とを融着接続する融着接続部１４０に適用することができる。このように、融着接続部１４０にクラッドモード光除去構造１を適用することで、増幅用光ファイバ１１２にて吸収されなかった励起光や増幅用光ファイバ１１２のコアから漏れ出たレーザ光などのクラッドモード光を効果的に除去することができる。なお、クラッドモード光除去構造１は、融着接続部１４０に限られず、クラッドモード光を除去したい任意の箇所に設けることができることは言うまでもない。
また、図５に示す例では、ＨＲ−ＦＢＧ１１４側とＯＣ−ＦＢＧ１１６側の双方に励起光源１２０Ａ，１２０Ｂとコンバイナ１２２Ａ，１２２Ｂ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、ＨＲ−ＦＢＧ１１４側とＯＣ−ＦＢＧ１１６側のいずれか一方にのみ励起光源とコンバイナを設置することとしてもよい。また、光共振器１１０内でレーザ発振させるための反射手段としてＦＢＧに代えてミラーを用いることもできる。
図６は、本発明に係るクラッドモード光除去構造を適用可能なファイバレーザの他の例を示す模式図である。図６に示すファイバレーザ２０１は、信号光を発生させる信号光発生器２１０と、励起光を発生させる複数の励起光源２２０と、信号光発生器２１０からの信号光と励起光源２２０からの励起光とを結合して出力する光カプラ２２２と、光カプラ２２２の出力端２２４に端部が接続された増幅用光ファイバ２１２と、増幅用光ファイバ２１２と融着接続部２４０で融着接続されるデリバリファイバ２５０を備えている。デリバリファイバ２５０の下流側の端部には増幅用光ファイバ２１２からのレーザ発振光を例えば被処理物に向けて出射するレーザ出射部（アイソレータ）２６０が設けられている。
図７は、増幅用光ファイバ２１２を模式的に示す断面図である。図７に示すように、増幅用光ファイバ２１２は、信号光発生器２１０により生成された信号光を伝搬するコア２１４と、コア２１４の周囲に形成された内側クラッド２１６と、内側クラッド２１６の周囲に形成された外側クラッド２１８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。コア２１４は、例えばＹｂなどの希土類元素が添加されたＳｉＯ2からなり、信号光を伝搬する信号光導波路となっている。内側クラッド２１６は、コア２１４の屈折率よりも低い屈折率の材料（例えばＳｉＯ2）からなる。外側クラッド２１８は、内側クラッド２１６の屈折率よりも低い屈折率の樹脂（例えば低屈折率ポリマー）からなる。これにより、内側クラッド２１６は励起光を伝搬する励起光導波路となる。
信号光発生器２１０からの信号光は、増幅用光ファイバ２１２のコア２１４の内部を伝搬し、励起光源２２０からの励起光は増幅用光ファイバ２１２の内側クラッド２１６及びコア２１４の内部を伝搬する。励起光がコア２１４を伝搬する際に、コア２１４に添加された希土類元素イオンが励起光を吸収して励起され、誘導放出によってコア２１４中を伝搬する信号光が増幅される。
このような構成のファイバレーザ２０１において、上述したクラッドモード光除去構造１を例えば増幅用光ファイバ２１２とデリバリファイバ２５０とを融着接続する融着接続部２４０に適用することができる。このように、融着接続部２４０にクラッドモード光除去構造１を適用することで、増幅用光ファイバ２１２にて吸収されなかった励起光や増幅用光ファイバ２１２のコアから漏れ出たレーザ光などのクラッドモード光を効果的に除去することができる。なお、クラッドモード光除去構造１は、融着接続部２４０に限られず、クラッドモード光を除去したい任意の箇所に設けることができることは言うまでもない。
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 クラッドモード光除去構造
１０ ファイバ収容部
２０ 入力側光ファイバ
２２ コア
２４ 入力側クラッド
２６ 被覆
２８ 入力側クラッド露出部
３０ 出力側光ファイバ
３２ コア
３４ 出力側クラッド
３６ 被覆
３８ 出力側クラッド露出部
４０ 融着接続部
５０ 高屈折率樹脂
６０ 固定樹脂
１０１ ファイバレーザ
１１０ 光共振器
１１２ 増幅用光ファイバ
１１４ ＨＲ−ＦＢＧ
１１６ ＯＣ−ＦＢＧ
１２０Ａ，１２０Ｂ 励起光源
１２２Ａ，１２２Ｂ インラインコンバイナ
１３０，１５０ デリバリファイバ
１４０ 融着接続部
１６０ レーザ出射部
２０１ ファイバレーザ
２１０ 信号光発生器
２１２ 増幅用光ファイバ
２１４ コア
２１６ 内側クラッド
２１８ 外側クラッド
２２０ 励起光源
２２２ 光カプラ
２２４ 出力端
２４０ 融着接続部
２５０ デリバリファイバ
２９０ 出力側クラッド露出部
Ｒ 収容空間
Ｓ 低屈折率部
本発明の第１の態様によれば、光ファイバの被覆における発熱を抑制しつつクラッドモード光を効果的に除去することができるクラッドモード光除去構造が提供される。このクラッドモード光除去構造は、光ファイバのクラッド内を伝搬するクラッドモード光を除去するために使用される。上記クラッドモード光除去構造は、入力側光ファイバの端部において被覆が除去されて上記入力側光ファイバの入力側クラッドが露出された入力側クラッド露出部と、出力側光ファイバの端部において被覆が除去されて上記出力側光ファイバの出力側クラッドが露出された出力側クラッド露出部と、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互いに融着接続される融着接続部と、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、上記融着接続部とを収容する収容空間が形成されたファイバ収容部とを備える。さらに、上記クラッドモード光除去構造は、上記入力側クラッド露出部で露出する上記入力側クラッドの屈折率以上の屈折率を有する高屈折率樹脂を備える。この高屈折率樹脂は、上記入力側光ファイバの上記被覆の下流側端部と、上記入力側クラッド露出部で露出する上記入力側クラッドの全体と、上記融着接続部と、上記出力側クラッド露出部で露出する上記出力側クラッドの一部とを覆うように上記ファイバ収容部の上記収容空間内に設けられる。さらに、上記クラッドモード光除去構造は、上記出力側クラッド露出部の上記出力側クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する媒質からなる低屈折率部を備える。上記低屈折率部は、上記出力側光ファイバの軸方向において上記高屈折率樹脂と上記出力側光ファイバの上記被覆との間かつ上記出力側クラッド露出部の周囲に位置する。
このような構成により、入力側光ファイバの入力側クラッドを伝搬してきたクラッドモード光が入力側クラッド露出部に至ると、入力側クラッドの全体が高屈折率樹脂で覆われているため、その部分からクラッドモード光が高屈折率樹脂に漏れ出して、その一部が高屈折率樹脂に吸収されて熱に変換される。したがって、ファイバ収容部を介してこの熱を外部に放出することができ、クラッドモード光を効果的に除去することができる。このとき、出力側光ファイバの軸方向において、高屈折率樹脂と出力側光ファイバの被覆との間には低屈折率部が介在しているため、高屈折率樹脂で発生した熱が直接出力側光ファイバの被覆に伝わることがない。
本発明によれば、入力側光ファイバの入力側クラッドを伝搬してきたクラッドモード光が入力側クラッド露出部に至ると、入力側クラッドの全体が高屈折率樹脂で覆われているため、その部分からクラッドモード光が高屈折率樹脂に漏れ出して、その一部が高屈折率樹脂に吸収されて熱に変換される。したがって、ファイバ収容部を介してこの熱を外部に放出することができる。このとき、出力側光ファイバの軸方向において、高屈折率樹脂と出力側光ファイバの被覆との間には低屈折率部が介在しているため、高屈折率樹脂で発生した熱が直接出力側光ファイバの被覆に伝わることがない。

Claims (4)

  1. 光ファイバのクラッド内を伝搬するクラッドモード光を除去するためのクラッドモード光除去構造であって、
    入力側光ファイバの端部において被覆が除去されて前記入力側光ファイバの入力側クラッドが露出された入力側クラッド露出部と、
    出力側光ファイバの端部において被覆が除去されて前記出力側光ファイバの出力側クラッドが露出された出力側クラッド露出部と、
    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互いに融着接続される融着接続部と、
    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、前記融着接続部とを収容する収容空間が形成されたファイバ収容部と、
    前記入力側クラッド露出部で露出する前記入力側クラッドの屈折率以上の屈折率を有する高屈折率樹脂であって、前記入力側クラッド露出部で露出する前記入力側クラッドの少なくとも一部と、前記融着接続部と、前記出力側クラッド露出部で露出する前記出力側クラッドの一部とを覆うように前記ファイバ収容部の前記収容空間内に設けられる高屈折率樹脂と、
    前記出力側クラッド露出部の前記出力側クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する媒質からなる低屈折率部であって、前記出力側光ファイバの軸方向において前記高屈折率樹脂と前記出力側光ファイバの前記被覆との間かつ前記出力側クラッド露出部の周囲に位置する低屈折率部と
    を備える、クラッドモード光除去構造。
  2. 前記出力側光ファイバの軸方向に沿った前記低屈折率部の長さｘは、前記出力側光ファイバの前記被覆の径をＤ1、前記出力側光ファイバの前記出力側クラッドの径をＤ2とすると、前記高屈折率樹脂の屈折率をｎH、前記低屈折率部を構成する媒質の屈折率をｎL、前記高屈折率樹脂中のクラッドモード光の開口数をＮＡとすると、
    Figure 2018165813
     を満たす、請求項１に記載のクラッドモード光除去構造。
  3. 前記入力側クラッドの径は前記出力側クラッドの径よりも大きい、請求項１又は２に記載のクラッドモード光除去構造。
  4. 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、
    請求項１から３のいずれか一項に記載のクラッドモード光除去構造であって、前記光ファイバ増幅器の前記増幅用光ファイバ又はその下流側に位置する光ファイバを前記入力側光ファイバとするクラッドモード光除去構造と
    を備える、レーザ装置。
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