JP2020034664A - クラッドモード光除去構造、レーザ装置、及びクラッドモード光除去構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッドモード光による局所的な発熱を安価に抑制しつつ、クラッドモード光を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、光ファイバ１０のクラッド１４内を伝搬するクラッドモード光を除去するために用いられる。クラッドモード光除去構造１は、光ファイバ１０を保持するファイバ保持部２０と、光ファイバ１０の長手方向に沿って所定の長さでクラッド１４の全周を被覆材１２から露出させたクラッド露出部１６と、ファイバ保持部２０上に光ファイバ１０の長手方向に離間して配置される複数の高屈折率樹脂部５０を備える。高屈折率樹脂部５０は、クラッド１４の屈折率以上の屈折率を有する。高屈折率樹脂部５０のそれぞれは、クラッド１４の周方向に沿ってクラッド露出部１６の外周に接触するように形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、クラッドモード光除去構造、レーザ装置、及びクラッドモード光除去構造の製造方法に係り、特にファイバレーザなどのレーザ装置における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クラッドモード光除去構造に関するものである。

近年、１０ｋＷを超える高い出力を得ることが可能な高出力ファイバレーザが実用化されている。しかしながら、このような高出力ファイバレーザ中に存在する融着部や出力コンバイナなどにおいては、光ファイバのコアに結合することなく光ファイバのクラッドに沿って伝搬するクラッドモード光が生じる。このクラッドモード光は、高出力ファイバレーザのシステムの出力によっては数１００Ｗに達することがあり、この場合、システムの動作が不安定になったり、システムの信頼性が低下したりする可能性がある。

したがって、このようなクラッドモード光は効果的に除去されて安全に処理される必要があるが、このようなクラッドモード光を処理するための構造として、光ファイバの被覆材の一部を除去してクラッドを露出させ、このクラッドが露出した部分（クラッド露出部）を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覆った構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような構成によれば、光ファイバのクラッドを伝搬してきたクラッドモード光が、クラッド露出部において高屈折率樹脂に入射することとなるため、光ファイバのクラッド中からクラッドモード光を除去することができる。

この高屈折率樹脂は高い光透過性を有するものであるが、その透過率は１００％ではないため、クラッドモード光の一部は高屈折率樹脂に吸収されて高屈折率樹脂が発熱する。システム全体の高出力化に伴い、クラッドモード光の総量も増加しているため、このような高屈折率樹脂の発熱は無視できないものとなってきており、特許文献１のように、被覆材の周方向の一部のみを除去して、高屈折率樹脂に入射するクラッドモード光の量を制御して高屈折率樹脂の局所的な発熱を避けることもなされている。

このように高屈折率樹脂に入射するクラッドモード光の量を適切に制御するためには、被覆材を除去する領域をサブミリメートルオーダーで微細に調整する必要がある。しかしながら、このような被覆材の除去は機械的に行われることが多く、被覆材をサブミリメートルオーダーで精度良く除去することが難しい。また、レーザ加工により高精度に被覆材を除去することも考えられるが、レーザ光を用いた加工を製造工程に導入することは製造コストの上昇を招く。

特許第６０１０５６５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、クラッドモード光による局所的な発熱を安価に抑制しつつクラッドモード光を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ことを第１の目的とする。

また、本発明は、高出力化が可能なレーザ装置を提供することを第２の目的とする。

さらに、本発明は、クラッドモード光による局所的な発熱を安価に抑制しつつクラッドモード光を除去することができるクラッドモード光除去構造を容易に製造することができる方法を提供することを第３の目的とする。

本発明の第１の態様によれば、クラッドモード光による局所的な発熱を安価に抑制しつつクラッドモード光を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用いられる。上記クラッドモード光除去構造は、上記光ファイバを保持するファイバ保持部と、上記光ファイバの長手方向に沿って所定の長さで上記クラッドの全周のうち少なくとも一部を被覆材から露出させたクラッド露出部と、上記ファイバ保持部上に上記光ファイバの長手方向に離間して配置される複数の高屈折率樹脂部を備える。上記複数の高屈折率樹脂部は、上記クラッドの屈折率以上の屈折率を有している。また、上記複数の高屈折率樹脂部のそれぞれは、上記クラッドの周方向に沿って上記クラッド露出部の外周に接触するように形成される。なお、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。

このような構成では、光ファイバのクラッド露出部に接触する複数の高屈折率樹脂部の屈折率が光ファイバのクラッドの屈折率以上であるため、光ファイバのクラッドを伝搬するクラッドモード光は、クラッド露出部におけるクラッドと高屈折率樹脂部との界面で高屈折率樹脂部に入射し、高屈折率樹脂部又はファイバ保持部で吸収されて熱に変換される。このような高屈折率樹脂部が光ファイバの長手方向に離間して配置されているため、光ファイバのクラッドを伝搬するクラッドモード光をそれぞれの高屈折率樹脂部で段階的に熱に変換して除去することが可能となり、除去するクラッドモード光の量を適切に制御して局所的な発熱を抑制することができる。このような高屈折率樹脂部の形成はレーザ加工装置のような高価な設備を必要としないため、クラッドモード光による局所的な発熱を安価に抑制することが可能である。

上記クラッドモード光除去構造は、上記ファイバ保持部に接続され、上記ファイバ保持部から熱を放出する放熱部をさらに備えていてもよい。このような構成により、高屈折率樹脂部を介して熱に変換されたクラッドモード光をファイバ保持部から放熱部を通じて効率的に外部に放出することができる。

上記ファイバ保持部には、上記複数の高屈折率樹脂部が配置される複数の樹脂溝が形成されていてもよい。このような樹脂溝に高屈折率樹脂部を配置することにより、光ファイバからより離れた位置でクラッドモード光を熱に変換することができるので、クラッドモード光により生じる熱が光ファイバに与える影響を低減することができる。また、上述した放熱部をファイバ保持部に接続する場合には、放熱部により近い位置でクラッドモード光を熱に変換することができるので、クラッドモード光により生じた熱を効率的に外部に放出することが可能となる。

上記クラッド露出部は、上記クラッドの全周が上記被覆材から露出している部分を含んでいてもよい。この場合には、クラッドの全周が上記被覆材から露出している部分においては被覆材が存在しないため、処理できるクラッドモード光のパワーが被覆材によって制限を受けない。このため、より高パワーのクラッドモード光を処理することができる。

上記クラッド露出部は、上記クラッドの全周のうち一部が上記被覆材から露出している部分を含んでいてもよい。このような構成とすることで、被覆材の全周の一部にクラッド露出部が覆われ、これにより補強されるため、クラッドモード光除去構造の機械的強度を向上させることができる。

また、上記複数の高屈折率樹脂部の少なくとも１つが上記クラッド露出部の外周に接触する領域の周方向の範囲は、上記光ファイバの光軸を中心として２５度から１８０度の範囲であることが好ましい。

本発明の第２の態様によれば、高出力化が可能なレーザ装置が提供される。このレーザ装置は、レーザ光源と、上記レーザ光源に接続された光ファイバと、上述したクラッドモード光除去構造とを備える。上記クラッドモード光除去構造は、上記レーザ光源に接続された上記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ように構成されている。

このような構成によれば、上述したクラッドモード光除去構造により、クラッドモード光による局所的な発熱を安価に抑制しつつクラッドモード光を除去することができるため、レーザ装置の高出力化を実現することが可能となる。

本発明の第３の態様によれば、クラッドモード光による局所的な発熱を安価に抑制しつつクラッドモード光を除去することができるクラッドモード光除去構造を容易に製造することができる方法が提供される。この方法によれば、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クラッドモード光除去構造が製造される。この方法では、光ファイバの長手方向に沿って所定の長さで被覆材を除去して、上記光ファイバのクラッドの全周のうち少なくとも一部を上記被覆材から露出させたクラッド露出部を形成し、上記クラッドの屈折率以上の屈折率を有する複数の高屈折率樹脂部をファイバ保持部上に長手方向に離間させて形成し、上記光ファイバの上記クラッド露出部を上記ファイバ保持部上の上記複数の高屈折率樹脂部に接触させた状態で、上記光ファイバを上記ファイバ保持部に固定する。

それぞれの高屈折率樹脂部で除去されるクラッドモード光の量は、それぞれの高屈折率樹脂部とクラッド露出部との間の接触面積を調整することで制御することができるが、これらの高屈折率樹脂部の形成は光ファイバの被覆材の除去よりも容易に制御することができるので、上述した方法によれば、それぞれの高屈折率樹脂部で除去されるクラッドモード光の量の制御が容易になる。したがって、クラッドモード光による局所的な発熱を安価に抑制しつつ、クラッドモード光を除去することができるクラッドモード光除去構造を容易に製造することができる。

さらに、上記ファイバ保持部から熱を放出する放熱部を上記ファイバ保持部に接続してもよい。このような放熱部により、高屈折率樹脂部を介して熱に変換されたクラッドモード光をファイバ保持部から効率的に放熱外部に放出することができる。

また、上記複数の高屈折率樹脂部を形成する際に、上記ファイバ保持部に形成された複数の樹脂溝に上記複数の高屈折率樹脂部を配置してもよい。このような樹脂溝に高屈折率樹脂部を配置することで高屈折率樹脂部を所定の位置に正確に配置することができるので、高屈折率樹脂部とクラッド露出部との間の接触面積のばらつきを抑制することができる。したがって、それぞれの高屈折率樹脂部で除去されるクラッドモード光の量をより正確に制御することができる。

本発明によれば、光ファイバのクラッドを伝搬するクラッドモード光による局所的な発熱を安価に抑制しつつ、クラッドモード光を除去することができる。

図１は、本発明の第１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平面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。 図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。 図４は、図１のＣ−Ｃ線断面図である。 図５Ａは、図１に示すクラッドモード光除去構造を製造する工程を模式的に示す断面図である。 図５Ｂは、図１に示すクラッドモード光除去構造を製造する工程を模式的に示す断面図である。 図５Ｃは、図１に示すクラッドモード光除去構造を製造する工程を模式的に示す断面図である。 図５Ｄは、図１に示すクラッドモード光除去構造を製造する工程を模式的に示す断面図である。 図６は、本発明の第２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り、図１のＡ−Ａ線断面に対応するものである。 図７は、本発明の第２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り、図１のＣ−Ｃ線断面に対応するものである。 図８は、本発明の第３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り、図１のＡ−Ａ線断面に対応するものである。 図９は、本発明の第３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り、図１のＣ−Ｃ線断面に対応するものである。 図１０は、本発明の第４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り、図１のＡ−Ａ線断面に対応するものである。 図１１は、本発明の第４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り、図１のＣ−Ｃ線断面に対応するものである。 図１２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１３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１４は、図１３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レーザ装置の実施形態について図１から図１４を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１４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１４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、本発明の第１の実施形態におけるクラッドモード光除去構造１を模式的に示す平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図、図４は、図１のＣ−Ｃ線断面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態におけるクラッドモード光除去構造１は、光ファイバ１０を保持するファイバ保持部２０と、ファイバ保持部２０上に載置される蓋部材３０と、ファイバ保持部２０に接続されたヒートシンク（放熱部）４０とを備えている。なお、図１では、理解を容易にするため、蓋部材３０を外した状態を示している。

図２に示すように、光ファイバ１０は、コア１１と、コア１１を被覆するクラッド１４と、クラッド１４を被覆する被覆材１２とを含んでおり、被覆材１２は長手方向に沿って所定の長さで除去されている。これにより、光ファイバ１０の被覆材１２からクラッド１４が露出するクラッド露出部１６が形成されている。本実施形態では、クラッド露出部１６は、被覆材１２の全周が長手方向に沿って一定の長さで除去されることによって形成されており、クラッド露出部１６においてはクラッド１４の全周が被覆材１２から露出している。

図１、図３、及び図４に示すように、ファイバ保持部２０の上面２１の中央には、光ファイバ１０の軸方向に沿って延びるファイバ溝２２が形成されており、このファイバ溝２２内の空間Ｓに光ファイバ１０の一部（クラッド露出部１６）が収容されている。また、光ファイバ１０のクラッド露出部１６を挟む両側のファイバ溝２２には、ＲＴＶ（Room Temperature Vulcanizing）樹脂やＵＶ硬化型樹脂などからなる固定樹脂２４が充填されており、この固定樹脂２４によって光ファイバ１０がファイバ保持部２０に保持及び固定されている。

図１及び図２に示すように、ファイバ保持部２０のファイバ溝２２の底面２２Ａには、光ファイバ１０のクラッド１４の屈折率以上の屈折率を有する樹脂からなる複数の高屈折率樹脂部５０が長手方向に離間して形成されている。この高屈折率樹脂部５０は、光ファイバ１０のクラッド露出部１６の外周に接触するように形成されている。より具体的には、図４に示すように、それぞれの高屈折率樹脂部５０は、クラッド１４の周方向に沿って所定の幅でクラッド露出部１６の外周に接触するように形成されている。このような高屈折率樹脂部５０は、弾性変形が可能な材料から形成されていることが好ましく、例えばゲル状の樹脂やエラストマー材料からなる樹脂などを高屈折率樹脂部５０の材料として用いることができる。

より具体的には、高屈折率樹脂部５０に光ファイバ１０のクラッド露出部１６が押し付けられており、これにより高屈折率樹脂部５０が変形して高屈折率樹脂部５０がクラッド１４の周方向に所定の長さでクラッド露出部１６の外周に接触している。この高屈折率樹脂部５０がクラッド露出部１６に接触する領域の周方向の範囲は、光ファイバ１０の光軸を中心として２５度〜１８０度の範囲であることが好ましい。

本実施形態では、ファイバ保持部２０のファイバ溝２２内の空間Ｓには空気が存在しており、空気の屈折率は光ファイバ１０のクラッド１４の屈折率よりも低い。一方で、クラッド露出部１６に接触している高屈折率樹脂部５０の屈折率は光ファイバ１０のクラッド１４の屈折率以上である。したがって、光ファイバ１０のクラッド１４を伝搬するクラッドモード光は、クラッド露出部１６におけるクラッド１４と空気との界面では反射する一方で、クラッド１４と高屈折率樹脂部５０との界面では高屈折率樹脂部５０に入射することとなる。高屈折率樹脂部５０に入射したクラッドモード光は、高屈折率樹脂部５０又はファイバ保持部２０のファイバ溝２２の底面２２Ａで吸収されて熱に変換される。この熱は、ファイバ保持部２０からヒートシンク４０を介して外部に放出される。このようにして、光ファイバ１０のクラッド１４を伝搬するクラッドモード光をクラッド１４から除去することができる。

本実施形態では、複数の高屈折率樹脂部５０が形成されているため、光ファイバ１０のクラッド１４を伝搬するクラッドモード光は、それぞれの高屈折率樹脂部５０で段階的に除去される。したがって、それぞれの高屈折率樹脂部５０とクラッド露出部１６との接触面積を調整することで、それぞれの高屈折率樹脂部５０で除去されるクラッドモード光の量を適切に制御することができる。特に、高屈折率樹脂部５０の形成は、後述するように、機械的に被覆材１２を除去するよりも容易に制御することができるので、それぞれの高屈折率樹脂部５０で除去されるクラッドモード光の量の制御が容易である。また、高屈折率樹脂部５０の形成はレーザ加工装置のような高価な設備を必要としないため、クラッドモード光による局所的な発熱を安価に抑制することが可能である。

また、光ファイバ１０を伝搬するレーザ光は上流側の方がより高パワーであるため、上流側に位置する高屈折率樹脂部５０がクラッド露出部１６に接触する面積を下流側に位置する高屈折率樹脂部５０がクラッド露出部１６に接触する面積よりも小さくすることで、多量のクラッドモード光が局所的に上流側の高屈折率樹脂部５０に放射されることを抑制することができ、局所的な発熱を防止することができる。

従来のクラッドモード光除去構造では、除去されるクラッドモード光の量を制御するためにクラッド露出部に被覆材の一部を残さなければならないが、この被覆材はナイロンなどから形成され、他の構成要素に比べて耐熱性が低い。したがって、従来のクラッドモード光除去構造では、処理できるクラッドモード光のパワーは、この残存した被覆材によって制限される。これに対して、本実施形態では、クラッド露出部１６では、被覆材１２が全周にわたって除去されているため、処理できるクラッドモード光のパワーが被覆材１２によって制限を受けることがない。このため、より高パワーのクラッドモード光を処理することができる。

次に、本実施形態におけるクラッドモード光除去構造１を製造する方法について図５Ａから図５Ｄを参照して説明する。上述したクラッドモード光除去構造１を製造する際には、まず、図５Ａに示すように、例えばカンナ状の刃を使って光ファイバ１０の被覆材１２を長手方向に沿って所定の長さで除去し、全周にわたってクラッド１４が露出したクラッド露出部１６を形成する。このとき、後述する実施形態のように、被覆材１２の全周のうち一部のみを除去して、クラッド１４の全周のうち一部が露出したクラッド露出部１６を形成してもよい。

クラッド露出部１６を形成する前又は形成した後に、図５Ｂに示すように、ファイバ保持部２０のファイバ溝２２の底面２２Ａ上に、光ファイバ１０のクラッド１４の屈折率よりも高い屈折率を有する樹脂を例えばディスペンサなどを用いて所定のパターンで形成し、高屈折率樹脂部５０を形成する。この高屈折率樹脂部５０のパターンは特に限定されるものではないが、ファイバ保持部２０のファイバ溝２２の長手方向（光ファイバ１０の長手方向）に沿って複数の高屈折率樹脂部５０が互いに離間したパターンとする。この高屈折率樹脂部５０のパターニングは、ディスペンサを用いたものに限られるものではなく、例えばフォトリソグラフィ技術を用いて高屈折率樹脂部５０のパターンを形成してもよい。

次に、高屈折率樹脂部５０の上方に光ファイバ１０のクラッド露出部１６が位置するように、光ファイバ１０をファイバ保持部２０のファイバ溝２２に沿って配置する。そして、図５Ｃに示すように、クラッド露出部１６をファイバ溝２２内に収容するとともに、クラッド露出部１６を高屈折率樹脂部５０に接触させる。このとき、高屈折率樹脂部５０が弾性を有するため、クラッド露出部１６に押し付けられることによって高屈折率樹脂部５０が変形し、クラッド露出部１６の外周に周方向に沿って接触することとなる。

この状態で、図５Ｄに示すように、クラッド露出部１６の長手方向の両側のファイバ溝２２に固定樹脂２４を注入し、これを硬化させることにより光ファイバ１０をファイバ保持部２０に固定する。その後、ファイバ保持部２０の上部に蓋部材３０を載置することで図２に示すクラッドモード光除去構造１が完成する。

上述したように、それぞれの高屈折率樹脂部５０では光ファイバ１０のクラッド１４を伝搬するクラッドモード光を除去することができるが、それぞれの高屈折率樹脂部５０で除去されるクラッドモード光の量は、それぞれの高屈折率樹脂部５０とクラッド露出部１６との間の接触面積を調整することで制御することができる。これらの高屈折率樹脂部５０の形成は光ファイバ１０の被覆材１２の除去よりも容易に制御することができるので、それぞれの高屈折率樹脂部５０で除去されるクラッドモード光の量の制御が容易になる。したがって、本実施形態によれば、クラッドモード光による局所的な発熱を安価に抑制しつつクラッドモード光を除去することができるクラッドモード光除去構造１を容易に製造することが可能である。

図６及び図７は、本発明の第２の実施形態におけるクラッドモード光除去構造１０１を模式的に示す断面図であり、図６は図１のＡ−Ａ線断面に対応し、図７は図１のＣ−Ｃ線断面に対応するものである。本実施形態では、ファイバ保持部２０上に蓋部材３０が載置されていないが、ファイバ保持部２０のファイバ溝２２に、光ファイバ１０のクラッド１４の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率樹脂１３０が充填されている。これにより、光ファイバ１０のクラッド露出部１６及び被覆材１２の一部が低屈折率樹脂１３０に覆われ、ファイバ溝２２の底面２２Ａに形成された高屈折率樹脂部５０も低屈折率樹脂１３０に覆われる。このような構成によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

図８及び図９は、本発明の第３の実施形態におけるクラッドモード光除去構造２０１を模式的に示す断面図であり、図８は図１のＡ−Ａ線断面に対応し、図９は図１のＣ−Ｃ線断面に対応するものである。本実施形態におけるファイバ保持部２０のファイバ溝２２の底面２２Ａには、ファイバ溝２２よりもさらに深くなった樹脂溝２６０が形成されている。この樹脂溝２６０は、高屈折率樹脂部５０のパターンに対応して形成されており、それぞれの樹脂溝２６０の内部に上述した高屈折率樹脂部５０が形成されている。

上述した第１の実施形態では、高屈折率樹脂部５０はファイバ溝２２の底面２２Ａでファイバ保持部２０に接触するが、本実施形態では、樹脂溝２６０の内部に高屈折率樹脂部５０を形成することで、高屈折率樹脂部５０は、ファイバ溝２２の底面２２Ａよりも光ファイバ１０から離れた樹脂溝２６０の底面でファイバ保持部２０に接触することとなる。したがって、第１の実施形態よりも光ファイバ１０から離れた位置でクラッドモード光を熱に変換することができることとなり、クラッドモード光により生じる熱が光ファイバ１０に与える影響を低減することができる。また、ファイバ保持部２０にヒートシンク４０を接続する場合には、第１の実施形態よりもヒートシンク４０に近い位置でクラッドモード光を熱に変換することができるので、クラッドモード光により生じる熱を効率的に外部に放出することができる。

また、上述した第１の実施形態では、高屈折率樹脂部５０をファイバ溝２２の底面２２Ａに形成する際に、樹脂の広がりなどを考慮しながら所望のパターンとなるように塗布する樹脂の量を制御する必要があり、高屈折率樹脂部５０を形成する作業が煩雑になりやすい。これに対して、本実施形態では、ファイバ保持部２０の底面２２Ａに高屈折率樹脂部５０のパターンに対応した樹脂溝２６０が形成されているため、この樹脂溝２６０の内部に樹脂を注入することで、樹脂の広がりなどを考慮することなく比較的簡単に高屈折率樹脂部５０のパターンを形成することができる。また、このような樹脂溝２６０をファイバ保持部２０に形成することは、一般的に、塗布する樹脂の量を制御することよりも簡単である。また、樹脂溝２６０に高屈折率樹脂部５０を配置することで、高屈折率樹脂部５０を所定の位置に正確に配置することができるので、高屈折率樹脂部５０とクラッド露出部１６との間の接触面積のばらつきを抑制することができる。したがって、それぞれの高屈折率樹脂部５０で除去されるクラッドモード光の量をより正確に制御することができる。

なお、本実施形態において、第２の実施形態のように、ファイバ保持部２０上に蓋部材３０を載置せずに、ファイバ保持部２０のファイバ溝２２に低屈折率樹脂１３０を充填してもよい。

図１０及び図１１は、本発明の第４の実施形態におけるクラッドモード光除去構造３０１を模式的に示す断面図であり、図１０は図１のＡ−Ａ線断面に対応し、図１１は図１のＣ−Ｃ線断面に対応するものである。上述した第１の実施形態のクラッド露出部１６は、被覆材１２の全周が長手方向に沿って一定の長さで除去されることによって形成されているが、本実施形態におけるクラッド露出部１６は、被覆材１２の全周のうち一部が長手方向に沿って一定の長さで除去されることによって形成されている。これにより、クラッド露出部１６においてはクラッド１４の全周のうち一部が被覆材１２から露出することとなる。このような構成とすることで、被覆材１２の全周のうち除去されずに残った部分によってクラッド露出部１６が補強されるため、クラッドモード光除去構造３０１の機械的強度を向上させることができる。

なお、本実施形態において、第２の実施形態のように、ファイバ保持部２０上に蓋部材３０を載置せずに、ファイバ保持部２０のファイバ溝２２に低屈折率樹脂１３０を充填してもよい。これに加えて、あるいはこれに代えて、第３の実施形態のように、ファイバ保持部２０のファイバ溝２２の底面２２Ａに樹脂溝２６０を形成し、この樹脂溝２６０に高屈折率樹脂部５０を形成してもよい。

上述した各実施形態における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１２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レーザ装置の一例を示す模式図である。図１２に示すレーザ装置２１０１は、ファイバレーザとして構成されており、レーザ光源としての光ファイバ増幅器２１０２とレーザ出射部２１６０とを備えている。光ファイバ増幅器２１０２は、光共振器２１１０と、光共振器２１１０の前方から光共振器２１１０に励起光を導入する複数の前方励起光源２１２０Ａと、これらの前方励起光源２１２０Ａが接続された前方インラインコンバイナ２１２２Ａと、光共振器２１１０の後方から光共振器２１１０に励起光を導入する複数の後方励起光源２１２０Ｂと、これらの後方励起光源２１２０Ｂが接続された後方インラインコンバイナ２１２２Ｂとを備えている。光共振器２１１０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２１１２と、増幅用光ファイバ２１１２及び前方インラインコンバイナ２１２２Ａ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））２１１４と、増幅用光ファイバ２１１２及び後方インラインコンバイナ２１２２Ｂ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））２１１６とから構成されている。例えば、増幅用光ファイバ２１１２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１２に示すように、光ファイバ増幅器２１０２は、後方インラインコンバイナ２１２２Ｂから延びる第１のデリバリファイバ２１３０と、この第１のデリバリファイバ２１３０と融着接続部２１４０で融着接続される第２のデリバリファイバ２１５０とをさらに有している。この第２のデリバリファイバ２１５０の下流側の端部には増幅用光ファイバ２１１２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２１６０が設けられている。

前方励起光源２１２０Ａ及び後方励起光源２１２０Ｂ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２１２２Ａ及び後方インラインコンバイナ２１２２Ｂは、それぞれ前方励起光源２１２０Ａ及び後方励起光源２１２０Ｂ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２１１２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２１１２の内側クラッドの内部を励起光が伝搬する。

ＨＲ−ＦＢＧ２１１４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−ＦＢＧ２１１６は、ＨＲ−ＦＢＧ２１１４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−ＦＢＧ２１１４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−ＦＢＧ２１１４と増幅用光ファイバ２１１２とＯＣ−ＦＢＧ２１１６とによって、ＨＲ−ＦＢＧ２１１４とＯＣ−ＦＢＧ２１１６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２１１０が構成される。

このような構成のレーザ装置２１０１において、上述したクラッドモード光除去構造を、例えば、光ファイバ増幅器２１０２において第１のデリバリファイバ２１３０と第２のデリバリファイバ２１５０とを融着接続する融着接続部２１４０に適用することができる。このように、融着接続部２１４０にクラッドモード光除去構造を適用することで、増幅用光ファイバ２１１２にて吸収されずに第１のデリバリファイバ２１３０のクラッドを伝搬する励起光や増幅用光ファイバ２１１２のコアから漏れ出たレーザ光などのクラッドモード光が熱に変換され、クラッドモード光から変換された熱を効果的に処理することができる。また、クラッドモード光により生じる熱による光ファイバの温度上昇が効果的に抑制されることにより、光ファイバの信頼性が損なわれることが防止され、レーザ装置の信頼性を確保しつつ高出力化を実現することが可能となる。

なお、本発明に係るクラッドモード光除去構造は、融着接続部２１４０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てよいことは言うまでもない。例えば、光ファイバ増幅器２１０２の前方インラインコンバイナ２１２２Ａや後方インラインコンバイナ２１２２Ｂに適用してもよい。

また、図１２に示す例では、ＨＲ−ＦＢＧ２１１４側とＯＣ−ＦＢＧ２１１６側の双方に励起光源２１２０Ａ，２１２０Ｂとコンバイナ２１２２Ａ，２１２２Ｂが設けられており、双方向励起型のファイバレーザとなっているが、ＨＲ−ＦＢＧ２１１４側とＯＣ−ＦＢＧ２１１６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２１１０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１３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レーザ装置の他の例を示す模式図である。図１３に示すレーザ装置３２０１は、ファイバレーザとして構成されており、レーザ光源としての光ファイバ増幅器３２０２とレーザ出射部３２６０とを備えている。光ファイバ増幅器３２０２は、信号光を発生させる信号光発生器３２１０と、励起光を発生させる複数の励起光源３２２０と、信号光発生器３２１０からの信号光と励起光源３２２０からの励起光とを結合して出力する光カプラ３２２２と、光カプラ３２２２の出力端３２２４に端部が接続された増幅用光ファイバ３２１２と、増幅用光ファイバ３２１２と融着接続部３２４０で融着接続されるデリバリファイバ３２５０を備えている。デリバリファイバ３２５０の下流側の端部には、増幅用光ファイバ３２１２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３２６０が設けられている。

図１４は、増幅用光ファイバ３２１２を模式的に示す断面図である。図１４に示すように、増幅用光ファイバ３２１２は、信号光発生器３２１０により生成された信号光を伝搬するコア３２１４と、コア３２１４の周囲に形成された内側クラッド３２１６と、内側クラッド３２１６の周囲に形成された外側クラッド３２１８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３２１４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３２１６は、コア３２１４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３２１８は、内側クラッド３２１６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３２１６は励起光を伝搬する励起光導波路となる。

信号光発生器３２１０からの信号光は、増幅用光ファイバ３２１２のコア３２１４の内部を伝搬し、励起光源３２２０からの励起光は増幅用光ファイバ３２１２の内側クラッド３２１６及びコア３２１４の内部を伝搬する。励起光がコア３２１４を伝搬する際に、コア３２１４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３２１４中を伝搬する信号光が増幅される。

このような構成のレーザ装置３２０１において、例えば増幅用光ファイバ３２１２とデリバリファイバ３２５０とを融着接続する融着接続部３２４０に上述したクラッドモード光除去構造を適用することができる。このように、光ファイバ増幅器３２０２の融着接続部３２４０にクラッドモード光除去構造を適用することで、増幅用光ファイバ３２１２にて吸収されなかった励起光や増幅用光ファイバ３２１２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熱に変換して除去することができ、この熱を効果的に処理することができる。

なお、本発明に係るクラッドモード光除去構造は、融着接続部３２４０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。例えば、信号光発生器３２１０からの信号光と励起光源３２２０からの励起光とを結合して出力する光カプラ３２２２に適用してもよい。

また、上述の実施形態では本発明に係るクラッドモード光除去構造をファイバレーザに適用した例を説明したが、ファイバレーザに限られず、半導体レーザなど、レーザ光源を有するレーザ装置に本発明を適用できることは言うまでもない。

なお、本明細書において使用した用語「上」や「底」などの位置関係を示す用語は、図示した実施形態との関連において使用されているのであり、装置の相対的な位置関係によって変化するものである。

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 光ファイバ
１１ コア
１２ 被覆材
１４ クラッド
１６ クラッド露出部
２０ ファイバ保持部
２２ ファイバ溝
２２Ａ 底面
２４ 固定樹脂
３０ 蓋部材
４０ ヒートシンク（放熱部）
５０ 高屈折率樹脂部
１０１，２０１，３０１ クラッドモード光除去構造
１３０ 低屈折率樹脂
２６０ 樹脂溝
２１０１ レーザ装置
２１０２ 光ファイバ増幅器
２１１０ 光共振器
２１１２ 増幅用光ファイバ
２１１４ ＨＲ−ＦＢＧ
２１１６ ＯＣ−ＦＢＧ
２１２０Ａ，２１２０Ｂ 励起光源
２１２２Ａ，２１２２Ｂ インラインコンバイナ
２１３０ 第１のデリバリファイバ
２１４０ 融着接続部
２１５０ 第２のデリバリファイバ
２１６０ レーザ出射部
３２０１ レーザ装置
３２０２ 光ファイバ増幅器
３２１０ 信号光発生器
３２１２ 増幅用光ファイバ
３２１４ コア
３２１６ 内側クラッド
３２１８ 外側クラッド
３２２０ 励起光源
３２２２ 光カプラ
３２２４ 出力端
３２４０ 融着接続部
３２５０ デリバリファイバ
３２６０ レーザ出射部

Claims (10)

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クラッドモード光除去構造であって、
   前記光ファイバを保持するファイバ保持部と、
   前記光ファイバの長手方向に沿って所定の長さで前記クラッドの全周のうち少なくとも一部を被覆材から露出させたクラッド露出部と、
   前記ファイバ保持部上に前記光ファイバの長手方向に離間して配置される複数の高屈折率樹脂部であって、前記クラッドの屈折率以上の屈折率を有する複数の高屈折率樹脂部と
   を備え、
   前記複数の高屈折率樹脂部のそれぞれは、前記クラッドの周方向に沿って前記クラッド露出部の外周に接触するように形成される、
   クラッドモード光除去構造。
2. 前記ファイバ保持部に接続され、前記ファイバ保持部から熱を放出する放熱部をさらに備える、請求項１に記載のクラッドモード光除去構造。
3. 前記ファイバ保持部には、前記複数の高屈折率樹脂部が配置される複数の樹脂溝が形成される、請求項１又は２に記載のクラッドモード光除去構造。
4. 前記クラッド露出部は、前記クラッドの全周が前記被覆材から露出している部分を含む、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。
5. 前記クラッド露出部は、前記クラッドの全周のうち一部が前記被覆材から露出している部分を含む、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。
6. 前記複数の高屈折率樹脂部の少なくとも１つが前記クラッド露出部の外周に接触する領域の周方向の範囲は、前記光ファイバの光軸を中心として２５度から１８０度の範囲である、請求項１から５のいずれか一項に記載のクラッドモード光除去構造。
7. レーザ光源と、
   前記レーザ光源に接続された光ファイバと、
   請求項１から６のいずれか一項に記載のクラッドモード光除去構造と
   を備え、
   前記クラッドモード光除去構造は、前記レーザ光源に接続された前記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ように構成される、
   レーザ装置。
8. 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クラッドモード光除去構造を製造する方法であって、
   光ファイバの長手方向に沿って所定の長さで被覆材を除去して、前記光ファイバのクラッドの全周のうち少なくとも一部を前記被覆材から露出させたクラッド露出部を形成し、
   前記クラッドの屈折率以上の屈折率を有する複数の高屈折率樹脂部をファイバ保持部上に長手方向に離間させて形成し、
   前記光ファイバの前記クラッド露出部を前記ファイバ保持部上の前記複数の高屈折率樹脂部に接触させた状態で、前記光ファイバを前記ファイバ保持部に固定する、
   クラッドモード光除去構造の製造方法。
9. さらに、前記ファイバ保持部から熱を放出する放熱部を前記ファイバ保持部に接続する、請求項８に記載のクラッドモード光除去構造の製造方法。
10. 前記複数の高屈折率樹脂部を形成する際に、前記ファイバ保持部に形成された複数の樹脂溝に前記複数の高屈折率樹脂部を配置する、請求項８又は９に記載のクラッドモード光除去構造の製造方法。

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