JP2019079849A - ファイバレーザシステム、方法及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ストークス発振を回避又は抑制することができるファイバレーザシステムを実現する。【解決手段】各ファイバレーザユニットＦＬＵｉにて生成されたレーザ光を導波するレーザデリバリファイバＬＤＦｉ、又は、出力コンバイナＯＣにて合波されたレーザ光を導波する出力デリバリファイバＯＤＦに、ストークス光を反射するファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧｎを含める。【選択図】図１

Description

本発明は、ファイバレーザシステムに関する。また、ファイバレーザシステムにおいてストークス発振を回避又は抑制する方法に関する。

材料加工の分野では、近年、ｋＷ級の出力を有するレーザ装置が求められている。しかしながら、このようなレーザ装置を単一のファイバレーザユニットにより実現することは困難である。そこで、複数のファイバレーザユニットと、各ファイバレーザユニットにて生成されたレーザ光を合波する出力コンバイナとを備えたファイバレーザシステムが、材料加工の分野で用いられ始めている。

このようなファイバレーザシステムにおいては、加工対象面にて反射された光がファイバレーザシステムに再入射することによって、ファイバレーザシステムに不具合が生じることがある。例えば、ストークス発振が生じると、ファイバレーザユニットにおけるレーザ発振が不安定になったり、ファイバレーザユニットが故障したりすることが知られている（特許文献１参照）。ここで、ストークス発振とは、ファイバレーザシステムと加工対象物とにより構成される共振器において、誘導ラマン散乱によって生じたストークス光が再帰的に増幅される現象のことを指す。

特許文献２には、ストークス光を反射するファイバブラッググレーティングを増幅用ファイバ内に形成することによって、ファイバアンプにおける誘導ラマン散乱を抑制する技術が開示されている。

特開２０１５−９５６４１号公報 特開２００７−１２３４７７号公報

耐反射性の高いファイバレーザシステム、例えば、ハイパワーのレーザ光を加工対象面に垂直入射させても不具合が生じないファイバレーザシステムを実現するためには、上述したストークス発振を回避又は抑制することが重要である。しかしながら、誘導ラマン散乱を抑制するための既存技術（特許文献２に記載の技術を含む）では、高出力化が進むファイバレーザシステムにおいて、ストークス発振を回避又は抑制することが困難であった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ストークス発振を回避又は抑制することができるファイバレーザシステムを実現することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係るファイバレーザシステムは、複数のファイバレーザユニットと、各ファイバレーザユニットにて生成されたレーザ光を合波する出力コンバイナと、を備え、上記出力コンバイナにて合波されたレーザ光を対象物に照射するファイバレーザシステムであって、各ファイバレーザユニットにて生成されたレーザ光を導波するレーザデリバリファイバ、又は、上記出力コンバイナにて合波されたレーザ光を導波する出力デリバリファイバに、ストークス光を反射するファイバブラッググレーティングが含まれている、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、ストークス発振を抑制することができる。

本発明に係るファイバレーザシステムにおいて、上記ファイバブラッググレーティングの位置は、該ファイバブラッググレーティングから上記出力デリバリファイバの出力端までの光路のラマンゲインの２倍が上記ファイバブラッググレーティングの反射減衰量と上記対象物の反射減衰量との和の大きさ以下となるように設定されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、ストークス発振を回避又は更に抑制することができる。

本発明に係るファイバレーザシステムにおいて、上記ファイバブラッググレーティングのストークス光に対する反射率は、９９％以上である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記ファイバブラッググレーティングから上記出力デリバリファイバの出力端までの光路において生じたストークス光が上記ファイバレーザユニットに入射する可能性を低下させることができる。

本発明に係るファイバレーザシステムにおいて、上記ファイバブラッググレーティングは、上記ファイバレーザユニットにおいてハーフミラーとして機能する低反射ファイバブラッググレーティングである、ことが好ましい。

上記の構成によれば、新たなファイバブラッググレーティングを新たに追加することなく、ストークス発振を抑制することができる。

上記の目的を達成するために、本発明に係る方法は、複数のファイバレーザユニットと、各ファイバレーザユニットにて生成されたレーザ光を合波する出力コンバイナと、を備え、上記出力コンバイナにて合波されたレーザ光を対象物に照射するファイバレーザシステムにおいて、ストークス発振を回避又は抑制する方法であって、各ファイバレーザユニットにて生成されたレーザ光を導波するレーザデリバリファイバ、又は、上記出力コンバイナにて合波されたレーザ光を導波する出力デリバリファイバにおいて、上記対象物にて反射されたストークス光を反射する工程を含んでいる、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、ストークス発振を抑制することができる。

本発明に係る方法において、上記工程において上記ファイバレーザシステムに再入射したストークス光を反射する反射体の位置は、当該位置から上記出力デリバリファイバの出力端までの光路のラマンゲインの２倍が上記反射体の反射減衰量と上記対象物の反射減衰量との和の大きさを下回るように設定されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、ストークス発振を回避又は更に抑制することができる。

本発明によれば、ストークス発振を回避又は抑制することができるファイバレーザシステムを実現することができる。

本発明の実施形態に係るファイバレーザシステムの構成を示すブロック図である。 上段は、ファイバブラッググレーティングが含まれていないファイバレーザシステム（比較例）における戻光の光路を示すブロック図であり、下段は、同光路におけるストークス光のパワーを表すグラフである。 上段は、ファイバブラッググレーティングが含まれているファイバレーザシステム（実施例）における戻光の光路を示すブロック図であり、下段は、同光路におけるストークス光のパワーを表すグラフである。

（ファイバレーザシステムの構成）
本発明の一実施形態に係るファイバレーザシステムＦＬＳの構成について、図１を参照して説明する。図１は、ファイバレーザシステムＦＬＳの構成を示すブロック図である。

ファイバレーザシステムＦＬＳは、ワークＷ（特許請求の範囲における「対象物」の一例）を加工するためのレーザ装置であり、図１に示すように、ｎ個のファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵｎ、ｎ個のレーザデリバリファイバＬＤＦ１〜ＬＤＦｎ、出力コンバイナＯＣ、出力デリバリファイバＯＤＦ、及び出力ヘッドＯＨを備えている。ファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵｎとレーザデリバリファイバＬＤＦ１〜ＬＤＦｎとは、互いに一対一に対応する。ここで、ｎは、２以上の任意の自然数であり、ファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵｎ及びレーザデリバリファイバＬＤＦ１〜ＬＤＦｎの個数を表す。なお、図１においては、ｎ＝３の場合のファイバレーザシステムＦＬＳの構成例を示している。

ファイバレーザユニットＦＬＵｉ（ｉは１以上ｎ以下の自然数）は、レーザ光を生成する。本実施形態においては、前方励起型のファイバレーザをファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵｎとして用いている。ファイバレーザユニットＦＬＵｉは、対応するレーザデリバリファイバＬＤＦｉの入力端に接続されている。ファイバレーザユニットＦＬＵｉにて生成されたレーザ光は、このレーザデリバリファイバＬＤＦｉに入力される。

レーザデリバリファイバＬＤＦｉは、対応するファイバレーザユニットＦＬＵｉにて生成されたレーザ光を導波する。本実施形態においては、シングルモードファイバないしモード数が１０以下のフューモードファイバ（ラマンゲイン係数=１×１０^−１３［１／Ｗ］）をレーザデリバリファイバＬＤＦ１〜ＬＤＦｎとして用いている。レーザデリバリファイバＬＤＦｉの出力端は、出力コンバイナＯＣの入力ポートに接続されている。ファイバレーザユニットＦＬＵｉにて生成され、レーザデリバリファイバＬＤＦｉを導波されたレーザ光は、この入力ポートを介して出力コンバイナＯＣに入力される。

出力コンバイナＯＣは、ファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵｎの各々にて生成され、レーザデリバリファイバＬＤＦ１〜ＬＤＦｎの各々を導波されたレーザ光を合波する。出力コンバイナＯＣの出力ポートは、出力デリバリファイバＯＤＦの入力端に接続されている。出力コンバイナＯＣにて合波されたレーザ光は、この出力デリバリファイバＯＤＦに入力される。

出力デリバリファイバＯＤＦは、出力コンバイナＯＣにて合波されたレーザ光を導波する。本実施形態においては、マルチモードファイバ（ラマンゲイン係数＝１×１０^−１３［１／Ｗ］）を出力デリバリファイバＯＤＦとして用いている。出力デリバリファイバＯＤＦの出力端は、出力ヘッドＯＨに接続されている。出力コンバイナＯＣにて合成されたレーザ光は、この出力ヘッドＯＨを介してワーク（加工対象物）に照射される。

（ファイバレーザユニットの構成）
ファイバレーザシステムＦＬＳが備えるファイバレーザユニットＦＬＵ１の構成について、引き続き図１を参照して説明する。なお、ファイバレーザユニットＦＬＵ２〜ＦＬＵｎも、ファイバレーザユニットＦＬＵ１と同様に構成されている。

ファイバレーザユニットＦＬＵ１は、前方向励起型のファイバレーザであり、図１に示すように、ｍ個の励起光源ＰＳ１〜ＰＳｍ、ｍ個の励起デリバリファイバＰＤＦ１〜ＰＤＦｍ、励起コンバイナＰＣ、高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ−ＨＲ、増幅用ファイバＡＦ、及び低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ−ＬＲを備えている。励起光源ＰＳ１〜ＰＳｍと励起デリバリファイバＰＤＦ１〜ＰＤＦｍとは、互いに一対一に対応する。ここで、ｍは、２以上の任意の自然数であり、励起光源ＰＳ１〜ＰＳｍ及び励起デリバリファイバＰＤＦ１〜ＰＤＦｍの個数を表す。なお、図１においては、ｍ＝６の場合のファイバレーザユニットＦＬＵ１の構成例を示している。

励起光源ＰＳｊ（ｊは１以上ｍ以下の自然数）は、励起光を生成する。本実施形態においては、レーザダイオードを励起光源ＰＳ１〜ＰＳｍとして用いている。励起光源ＰＳｊは、対応する励起デリバリファイバＰＤＦｊの入力端に接続されている。励起光源ＰＳｊにて生成された励起光は、この励起デリバリファイバＰＤＦｉに入力される。

励起デリバリファイバＰＤＦｊは、対応する励起光源ＰＳｊにて生成された励起光を導波する。励起デリバリファイバＰＤＦｊの出力端は、励起コンバイナＰＣの入力ポートに接続されている。励起光源ＰＳｊにて生成され、励起デリバリファイバＰＤＦｊを導波された励起光は、この入力ポートを介して励起コンバイナＰＣに入力される。

励起コンバイナＰＣは、励起光源ＰＳ１〜ＰＳｍの各々にて生成され、励起デリバリファイバＰＤＦ１〜ＰＤＦｍの各々を導波された励起光を合波する。励起コンバイナＰＣの出力ポートは、高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ−ＨＲを介して増幅用ファイバＡＦの入力端に接続されている。励起コンバイナＰＣにて合波された励起光のうち、高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ−ＨＲを透過した励起光は、増幅用ファイバＡＦに入力される。

増幅用ファイバＡＦは、高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ−ＨＲを透過した励起光を用いて、レーザ光を生成する。本実施形態においては、コアに希土類元素（例えばＹｂ）が添加されたダブルクラッドファイバ（ラマンゲイン係数=１×１０^−１３［１／Ｗ］）を増幅用ファイバＡＦとして用いている。高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ−ＨＲを透過した励起光は、この希土類元素を反転分布状態に維持するために用いられる。増幅用ファイバＡＦの出力端は、低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ−ＬＲを介してレーザデリバリファイバＬＤＦ１の入力端に接続されている。高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ−ＨＲは、ある波長λ（例えば、１０６０ｎｍ）においてミラーとして機能し（反射率が例えば９９％となり）、低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ−ＬＲは、その波長λにおいてハーフミラーとして機能する（反射率が例えば１０％となる）。このため、増幅用ファイバＡＦは、高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ−ＨＲ及び低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ−ＬＲと共に、波長λのレーザ光を発振する共振器を構成する。増幅用ファイバＡＦにて生成されたレーザ光のうち、この低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ−ＬＲを透過したレーザ光は、レーザデリバリファイバＬＤＦ１に入力される。

なお、本実施形態においては、前方励起型のファイバレーザをファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵｎとして用いているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、本発明においては、後方励起型のファイバレーザをファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵｎとして用いることもできるし、双方向励起型のファイバレーザをファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵｎとして用いることもできる。

（ファイバレーザシステムの特徴）
ファイバレーザシステムＦＬＳにおいて特徴的な点は、ファイバレーザシステムＦＬＳの耐反射性を高めるために、より具体的には、戻光によって引き起こされるストークス発振を抑制するために、各レーザデリバリファイバＬＤＦｉにファイバブラッググレーティングＦＢＧｉが含まれている点である。ここで、戻光とは、ファイバレーザシステムＦＬＳから出力された光のうち、ワークＷにて反射されてファイバレーザシステムＦＬＳに再入射した光のことを指す。

この戻光には、各ファイバレーザユニットＦＬＵｉの増幅用ファイバＡＦにおいて誘導放出により生じたレーザ光の他に、各ファイバレーザユニットＦＬＵｉの増幅用ファイバＡＦ、各レーザデリバリファイバＬＤＦｉ、及び出力デリバリファイバＯＤＦにおいて誘導ラマン散乱により生じたストークス光が含まれる。各レーザデリバリファイバＬＤＦｉに挿入されたファイバブラッググレーティングＦＢＧｉは、このストークス光を反射するための構成である。ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉとしては、例えば、ストークス光の波長（例えば１１１５ｎｍ）における反射率が９９％以上になるように設計されたファイバブラッググレーティングを用いる。これにより、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉから出力ヘッドＯＨまでの光路において生じたストークス光がファイバレーザユニットＦＬＵｉに入射する可能性を低下させることができる。

以下、ファイバレーザシステムＦＬＳにおけるファイバブラッググレーティングＦＢＧｉの作用について、図２及び図３を参照して説明する。

まず、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉが増幅用ファイバＡＦに挿入されたファイバレーザシステムＦＬＳ（比較例）においてストークス発振が生じ易い理由について、図２を参照して説明する。図２の上段は、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉが増幅用ファイバＡＦに挿入されたファイバレーザシステムＦＬＳにおける戻光の光路を示すブロック図であり、図２の下段は、同光路におけるストークス光のパワーを表すグラフである。

ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉが増幅用ファイバＡＦに挿入されている場合、ストークス光がファイバブラッググレーティングＦＢＧｉとワークＷとの間を１往復する過程は、以下の素過程に分解することができる。

素過程（１）：ワークＷにて反射されたストークス光は、空気中を伝播した後、出力ヘッドＯＨを介してファイバレーザシステムＦＬＳに入射する。図２の下段に示すように、ストークス光のパワーは、本素過程（空気中を伝播する過程）において、一定に保たれる。

素過程（２）：ファイバレーザシステムＦＬＳに入射したストークス光は、増幅用ファイバＡＦ、各レーザデリバリファイバＬＤＦｉ、及び出力デリバリファイバＯＤＦにより構成された、光路長Ｌｉの光路を逆方向に導波された後、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉに入射する。図２の下段に示すように、ストークス光のパワーは、本素過程（当該光路を逆方向に導波される過程）において、誘導ラマン散乱により増幅される。本素過程におけるストークス光の増幅量は、当該光路のラマンゲインＧ（Ｌｉ）に一致する。

素過程（３）：ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉに入射したストークス光は、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉにて反射される。図２の下段に示すように、ストークス光のパワーは、本素過程（ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉにて反射される過程）において、減衰される。本素過程におけるストークス光の減衰量は、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉの反射減衰量Ｒｉに一致する。

素過程（４）：ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉにて反射されたストークス光は、増幅用ファイバＡＦ、各レーザデリバリファイバＬＤＦｉ、及び出力デリバリファイバＯＤＦにより構成された、光路長Ｌｉの光路を順方向に導波された後、出力ヘッドＯＨを介してファイバレーザシステムＦＬＳから出射する。図２の下段に示すように、ストークス光のパワーは、本素過程（当該光路を順方向に導波される過程）において、誘導ラマン散乱により増幅される。本素過程におけるストークス光の増幅量は、当該光路のラマンゲインＧ（Ｌｉ）に一致する。

素過程（５）：ファイバレーザシステムＦＬＳを出射したレーザ光は、空気中を伝播した後、ワークＷに入射する。図２の下段に示すように、ストークス光のパワーは、本素過程（空気中を伝播する過程）において、一定に保たれる。

素過程（６）：ワークＷに入射したストークス光は、ワークＷにて反射される。図２の下段に示すように、ストークス光のパワーは、本素過程（ワークＷにて反射される過程）で減衰される。本素過程におけるストークス光の減衰量は、ワークＷの反射減衰量ＲＷに一致する。

以上の説明から明らかなように、ストークス光のパワーは、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉとワークＷとの間を１往復する過程において、増幅用ファイバＡＦ、レーザデリバリファイバＬＤＦｉ、及び出力デリバリファイバＯＤＦにより構成された、光路長Ｌｉの光路のラマンゲインＧ（Ｌｉ）の２倍だけ増幅されると共に、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉの反射減衰量ＲｉとワークＷの反射減衰量ＲＷとの和だけ減衰される。ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉが増幅用ファイバＡＦに挿入されている場合、光路長ＬｉをレーザデリバリファイバＬＤＦｉの光路長と出力デリバリファイバＯＤＦの光路長との和よりも短くすることができない。このため、２×Ｇ（Ｌｉ）≦｜Ｒｉ＋ＲＷ｜が成り立つように、ラマンゲインＧ（Ｌｉ）を小さく抑えることが困難である。２×Ｇ（Ｌｉ）≦｜Ｒｉ＋ＲＷ｜が成り立たない場合、ファイバレーザシステムＦＬＳに再入射するストークス光のパワーがＰ０＜Ｐ１＜・・・と次第に大きくなる。すなわち、ストークス発振が起こる。

一例として、増幅用ファイバＡＦ、出力デリバリファイバＯＤＦ、及びレーザデリバリファイバＬＤＦｉにおける単位長さ辺りのラマンゲインが１ｄＢ／ｍであり、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉの反射減衰量Ｒｉが０ｄＢであり、ワークＷの反射減衰量ＲＷが−３０ｄＢである場合を考える。この場合、光路長Ｌｉが３０ｍであると、ラマンゲインＧ（Ｌ０）は、３０ｄＢとなる。このため、２×Ｇ（Ｌｉ）＞｜Ｒｉ＋ＲＷ｜が成り立つので、ストークス発振が起こる。

次に、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉがレーザデリバリファイバＬＤＦｉに挿入されたファイバレーザシステムＦＬＳにおいてストークス発振が生じ難い理由について、図３を参照して説明する。図３の上段は、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉがレーザデリバリファイバＬＤＦｉに挿入されたファイバレーザシステムＦＬＳ（実施例）における戻光の光路を示すブロック図であり、図３の下段は、同光路におけるストークス光のパワーを表すグラフである。

ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉがレーザデリバリファイバＬＤＦｉに挿入されている場合、ストークス光がファイバブラッググレーティングＦＢＧｉとワークＷとの間を１往復する過程は、以下の素過程に分解することができる。

素過程（１）：ワークＷにて反射されたストークス光は、空気中を伝播した後、出力ヘッドＯＨを介してファイバレーザシステムＦＬＳに入射する。図３の下段に示すように、ストークス光のパワーは、本素過程（空気中を伝播する過程）において、一定に保たれる。

素過程（２）：ファイバレーザシステムＦＬＳに入射したストークス光は、レーザデリバリファイバＬＤＦｉの一部及び出力デリバリファイバＯＤＦにより構成された、光路長Ｌｉの光路を逆方向に導波された後、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉに入射する。図３の下段に示すように、ストークス光のパワーは、本素過程（当該光路を逆方向に導波される過程）において、誘導ラマン散乱により増幅される。本素過程におけるストークス光の増幅量は、当該光路のラマンゲインＧ（Ｌｉ）に一致する。

素過程（３）：ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉに入射したストークス光は、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉにて反射される。図３の下段に示すように、ストークス光のパワーは、本素過程（ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉにて反射される過程）において、減衰される。本素過程におけるストークス光の減衰量は、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉの反射減衰量Ｒｉに一致する。

素過程（４）：ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉにて反射されたストークス光は、レーザデリバリファイバＬＤＦｉの一部及び出力デリバリファイバＯＤＦにより構成された、光路長Ｌｉの光路を順方向に導波された後、出力ヘッドＯＨを介してファイバレーザシステムＦＬＳから出射する。図３の下段に示すように、ストークス光のパワーは、本素過程（当該光路を順方向に導波される過程）において、誘導ラマン散乱により増幅される。本素過程におけるストークス光の増幅量は、当該光路のラマンゲインＧ（Ｌｉ）に一致する。

素過程（５）：ファイバレーザシステムＦＬＳを出射したレーザ光は、空気中を伝播した後、ワークＷに入射する。図３の下段に示すように、ストークス光のパワーは、本素過程（空気中を伝播する過程）において、一定に保たれる。

素過程（６）：ワークＷに入射したストークス光は、ワークＷにて反射される。図３の下段に示すように、ストークス光のパワーは、本素過程（ワークＷにて反射される過程）で減衰される。本素過程におけるストークス光の減衰量は、ワークＷの反射減衰量ＲＷに一致する。

以上の説明から明らかなように、ストークス光のパワーは、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉとワークＷとの間を１往復する過程において、レーザデリバリファイバＬＤＦｉの一部及び出力デリバリファイバＯＤＦにより構成された、光路長Ｌｉの光路のラマンゲインＧ（Ｌｉ）の２倍だけ増幅されると共に、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉの反射減衰量ＲｉとワークＷの反射減衰量ＲＷとの和だけ減衰される。ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉがレーザデリバリファイバＬＤＦｉに挿入されている場合、光路長ＬｉをレーザデリバリファイバＬＤＦｉの光路長と出力デリバリファイバＯＤＦの光路長との和よりも短くすることができる。このため、２×Ｇ（Ｌｉ）≦｜Ｒｉ＋ＲＷ｜が成り立つように、ラマンゲインＧ（Ｌｉ）を小さく抑えることが容易である。２×Ｇ（Ｌｉ）≦｜Ｒｉ＋ＲＷ｜が成り立つ場合、ファイバレーザシステムＦＬＳに再入射するストークス光のパワーをＰ０＝Ｐ１＝・・・と一定に保つか、又は、Ｐ０＞Ｐ１＞・・・と次第に小さくすることができる。すなわち、ストークス発振を回避又は抑制することができる。

一例として、出力デリバリファイバＯＤＦ及びレーザデリバリファイバＬＤＦｉにおける単位長さ辺りのラマンゲインが１ｄＢ／ｍであり、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉの反射減衰量Ｒｉが０ｄＢであり、ワークＷの反射減衰量ＲＷが−３０ｄＢである場合を考える。この場合、光路長Ｌｉを１０ｍとすると、ラマンゲインＧ（Ｌｉ）は、１０ｄＢとなる。このため、２×Ｇ（Ｌｉ）＜｜Ｒｉ＋ＲＷ｜が成り立つので、ストークス発振を回避又は抑制することができる。

なお、長さＬの光ファイバのラマンゲインＧ（Ｌ）は、その光ファイバにおけるレーザ光の損失が無視できる程度に小さい場合、その光ファイバのラマンゲイン係数をｇＲ、その光ファイバを導波されるレーザ光のパワーをＰとして、Ｇ（Ｌ）＝１０×Ｌｏｇ_１０（ｅｘｐ（ｇＲ×Ｐ×Ｌ））により与えられる。増幅用ファイバＡＦ、レーザデリバリファイバＬＤＦｉ、及び出力デリバリファイバＯＤＦにより構成される光路のラマンゲインＧ（Ｌ０）は、増幅用ファイバＡＦのラマンゲインと、レーザデリバリファイバＬＤＦｉのラマンゲインと、出力デリバリファイバＯＤＦのラマンゲインとの和として算出することができる。また、レーザデリバリファイバＬＤＦｉ及び出力デリバリファイバＯＤＦにより構成される光路のラマンゲインＧ（Ｌ１）は、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉよりも出力側のレーザデリバリファイバＬＤＦｉのラマンゲインと、出力デリバリファイバＯＤＦのラマンゲインとの和として算出することができる。

また、ファイバブラッググレーティングＦＢＧｉの反射減衰量Ｒｉは、そのファイバブラッググレーティングＦＢＧｉのストークス光に対する反射率をｒｉとして、Ｒｉ＝１０×Ｌｏｇ_１０（ｅｘｐ（ｒｉ））により与えられる。また、ワークＷの反射減衰量ＲＷは、そのワークＷのストークス光に対する反射率をｒＷとして、ＲＷ＝１０×Ｌｏｇ_１０（ｅｘｐ（ｒＷ））により与えられる。

なお、本実施形態においては、各レーザデリバリファイバＬＤＦｉにファイバブラッググレーティングＦＢＧｉを含める構成を示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、各レーザデリバリファイバＬＤＦｉにファイバブラッググレーティングＦＢＧｉを含める構成に代えて、出力デリバリファイバＯＤＦにファイバブラッググレーティングを含める構成を採用してもよい。この場合であっても、２×Ｇ（Ｌｉ）＜｜Ｒ０＋ＲＷ｜が成り立つようにファイバブラッググレーティングＦＢＧｉの位置を設定すれば、ストークス発振を回避又は抑制することができる。

〔付記事項〕
本発明は上述した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る。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を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。

ＦＬＳ ファイバレーザシステム
ＦＬＵ１〜ＦＬＵｎ ファイバレーザユニット
ＬＤＦ１〜ＬＤＦｎ レーザデリバリファイバ
ＯＣ 出力コンバイナ
ＯＤＦ 出力デリバリファイバ
ＯＨ 出力ヘッド
ＦＢＧ１〜ＦＢＧｎ ファイバブラッググレーティング
ＰＳ１〜ＰＳｍ 励起光源
ＰＤＦ１〜ＰＤＦｍ 励起デリバリファイバ
ＰＣ 励起コンバイナ
ＡＦ 増幅用ファイバ
ＦＢＧ−ＨＲ 高反射ファイバブラッググレーティング
ＦＢＧ−ＬＲ 低反射ファイバブラッググレーティング

Claims (6)

1. 複数のファイバレーザユニットと、各ファイバレーザユニットにて生成されたレーザ光を合波する出力コンバイナと、を備え、上記出力コンバイナにて合波されたレーザ光を対象物に照射するファイバレーザシステムであって、
   各ファイバレーザユニットにて生成されたレーザ光を導波するレーザデリバリファイバ、又は、上記出力コンバイナにて合波されたレーザ光を導波する出力デリバリファイバに、ストークス光を反射するファイバブラッググレーティングが含まれている、
   ことを特徴とするファイバレーザシステム。
2. 上記ファイバブラッググレーティングの位置は、該ファイバブラッググレーティングから上記出力デリバリファイバの出力端までの光路のラマンゲインの２倍が上記ファイバブラッググレーティングの反射減衰量と上記対象物の反射減衰量との和の大きさ以下となるように設定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザシステム。
3. 上記ファイバブラッググレーティングのストークス光に対する反射率は、９９％以上である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のファイバレーザシステム。
4. 上記ファイバブラッググレーティングは、上記ファイバレーザユニットにおいてハーフミラーとして機能する低反射ファイバブラッググレーティングである、
   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システム。
5. 複数のファイバレーザユニットと、各ファイバレーザユニットにて生成されたレーザ光を合波する出力コンバイナと、を備え、上記出力コンバイナにて合波されたレーザ光を対象物に照射するファイバレーザシステムにおいて、ストークス発振を回避又は抑制する方法であって、
   各ファイバレーザユニットにて生成されたレーザ光を導波するレーザデリバリファイバ、又は、上記出力コンバイナにて合波されたレーザ光を導波する出力デリバリファイバにおいて、上記ファイバレーザシステムに再入射したストークス光を反射する工程を含んでいる、
   ことを特徴とする方法。
6. 上記工程において上記ファイバレーザシステムに再入射したストークス光を反射する反射体の位置は、当該位置から上記出力デリバリファイバの出力端までの光路のラマンゲインの２倍が上記反射体の反射減衰量と上記対象物の反射減衰量との和の大きさを下回るように設定されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の方法。

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