JP2020060658A - Optical device and laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光デバイスおよびレーザ装置に関する。 The present invention relates to an optical device and a laser device.
レーザ装置の最高出力は、レーザ出力に対して非線形に発生する誘導ラマン散乱(SRS:Stimulated Raman Scattering)による制限を受ける。
下記特許文献1では、レーザ装置において、コアにスラント型FBG(Fiber Bragg Grating)を形成することが開示されている。この構成により、コア内を伝搬する光からSRS光を選択的に除去し、コア内を伝搬する信号光を安定させたり、励起光源の損傷を防いだりすることができる。
コアにスラント型FBGを形成する場合、被覆部を部分的に除去して加工用の光をコアに照射した後、当該部分を再被覆部によって再度被覆する場合がある。
The maximum output of the laser device is limited by stimulated Raman scattering (SRS) that occurs nonlinearly with respect to the laser output.
When the slant type FBG is formed on the core, the coating portion may be partially removed, the processing light may be applied to the core, and then the portion may be coated again by the recoating portion.
高出力のレーザ装置において、スラント型FBGを用いてSRS光を除去した場合、除去された高パワーのSRS光は、再被覆部や被覆部に放射される。このとき、SRS光が一点に集中して放射されると、透過時に吸収されるエネルギーにより局所的な発熱が生じ、再被覆部や被覆部に劣化が生じる可能性がある。 In the high-power laser device, when the SRS light is removed by using the slant type FBG, the removed high-power SRS light is radiated to the recoating portion or the coating portion. At this time, if the SRS light is radiated in a concentrated manner at one point, the energy absorbed at the time of transmission causes local heat generation, which may cause deterioration in the re-covered portion or the coated portion.
本発明はこのような事情を考慮してなされ、SRS光による再被覆部や被覆部の局所的な発熱を抑制することが可能な光デバイスまたはレーザ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical device or a laser device capable of suppressing local heat generation in the recoating portion or the coating portion due to SRS light.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様に係る光デバイスは、レーザ光を出射するレーザ装置に用いられる光デバイスであって、コアと、前記コアを覆い、前記コアよりも低い屈折率を有するクラッドと、前記コアに形成された第1スラント型FBGおよび第2スラント型FBGと、を備え、前記第1スラント型FBGおよび前記第2スラント型FBGは、前記レーザ光により生じるSRS光の波長帯を遮光し、かつ、前記波長帯における透過率が互いに異なっている。 In order to solve the above problems, an optical device according to a first aspect of the present invention is an optical device used in a laser device that emits laser light, and covers a core and the core, and is lower than the core. A clad having a refractive index, and a first slant type FBG and a second slant type FBG formed on the core, wherein the first slant type FBG and the second slant type FBG are SRS generated by the laser light. It blocks the wavelength band of light and has different transmittances in the wavelength band.
上記態様に係る光デバイスをレーザ装置に用いた場合、SRS光の伝搬方向における上流側に位置するスラント型FBGの透過率を、下流側に位置するスラント型FBGの透過率よりも大きくすることで、上流側と下流側とで除去されるSRS光のパワーの差異を小さくすることができる。これにより、例えば第1スラント型FBGと第2スラント型FBGとで透過率が等しい場合と比較して、上流側に位置するスラント型FBGで集中的にSRS光が除去されて再被覆部などが局所的に発熱してしまうことを抑制できる。 When the optical device according to the above aspect is used in the laser device, the transmittance of the slant type FBG located on the upstream side in the propagation direction of the SRS light is made larger than the transmittance of the slant type FBG located on the downstream side. It is possible to reduce the difference in the power of the SRS light removed on the upstream side and the downstream side. Accordingly, for example, as compared with the case where the first slant type FBG and the second slant type FBG have the same transmittance, the slant type FBG located on the upstream side intensively removes the SRS light and the re-covered portion is It is possible to suppress local heat generation.
ここで、上記態様の光デバイスは、前記コアに形成された第3スラント型FBGをさらに備え、前記第1スラント型FBG、前記第2スラント型FBG、および前記第3スラント型FBGは、前記コアの長手方向に沿ってこの順に配置され、前記第2スラント型FBGは、前記第1スラント型FBGおよび前記第3スラント型FBGよりも透過率が小さくてもよい。 Here, the optical device of the above aspect further includes a third slant type FBG formed in the core, and the first slant type FBG, the second slant type FBG, and the third slant type FBG are the cores. The second slant type FBGs may be arranged in this order along the longitudinal direction of, and have a smaller transmittance than the first slant type FBG and the third slant type FBG.
この場合、第1スラント型FBGから第2スラント型FBGに向かうSRS光については、第2スラント型FBGに入射するSRS光のパワーが第1スラント型FBGに入射する光のパワーよりも小さい。このため、第2スラント型FBGの透過率を第1スラント型FBGよりも小さくすることで、第1、第2スラント型FBGで遮光されるSRS光のパワーの差異を小さくすることができる。また、第3スラント型FBGから第2スラント型FBGに向かうSRS光についても、同様の作用効果が得られる。つまり、光デバイス内でSRS光がどちらの向きに伝搬したとしても、再被覆部などが局所的に発熱することを抑制できる。したがって、この構成の光デバイスは、SRS光の伝搬方向が特定できない場合や、双方向にSRS光が伝搬する場合に好適に用いることができる。 In this case, regarding the SRS light traveling from the first slant type FBG to the second slant type FBG, the power of the SRS light incident on the second slant type FBG is smaller than the power of the light incident on the first slant type FBG. Therefore, by making the transmittance of the second slant type FBG smaller than that of the first slant type FBG, it is possible to reduce the difference in the power of the SRS light shielded by the first and second slant type FBGs. In addition, the same action and effect can be obtained for the SRS light traveling from the third slant type FBG to the second slant type FBG. That is, even if the SRS light propagates in either direction in the optical device, it is possible to suppress the recoating portion or the like from locally generating heat. Therefore, the optical device having this configuration can be suitably used when the propagation direction of the SRS light cannot be specified or when the SRS light propagates bidirectionally.
また、前記第1スラント型FBGおよび前記第2スラント型FBGを含む3つ以上のスラント型FBGが前記コアに形成され、前記3つ以上のスラント型FBGは、前記コアの長手方向に沿って並べて配置されるとともに、前記長手方向における一方側から他方側に向かうに従い、漸次透過率が小さくなっていてもよい。 Further, three or more slant type FBGs including the first slant type FBG and the second slant type FBG are formed in the core, and the three or more slant type FBGs are arranged along the longitudinal direction of the core. While being arranged, the transmittance may gradually decrease from one side to the other side in the longitudinal direction.
この場合、長手方向における一方側から他方側に向かう方向と、SRS光の伝搬方向とが一致するように光デバイスを配置したときに、SRS光の伝搬方向における下流側に位置するスラント型FBGの透過率が、SRS光の伝搬方向における上流側に位置するスラント型FBGの透過率よりも小さくなる。つまり、SRS光の伝搬方向に沿って、スラント型FBGの透過率が漸次小さくなるため、より確実にSRS光を分散させて除去することができる。 In this case, when the optical device is arranged such that the direction from the one side to the other side in the longitudinal direction and the propagation direction of the SRS light are aligned, the slant type FBG located on the downstream side in the propagation direction of the SRS light is arranged. The transmittance becomes smaller than that of the slant type FBG located on the upstream side in the propagation direction of SRS light. That is, the transmittance of the slant type FBG becomes gradually smaller along the propagation direction of the SRS light, so that the SRS light can be more surely dispersed and removed.
また、本発明の第2態様にかかるレーザ装置は、上記光デバイスと、レーザ光を生成するレーザ光源と、前記レーザ光を出力する出力端と、を備え、前記光デバイスは、前記レーザ光源と前記出力端との間に配置され、前記第2スラント型FBGは、前記第1スラント型FBGよりも前記出力端側に配置されるとともに、前記第1スラント型FBGよりも前記透過率が小さい。 A laser device according to a second aspect of the present invention includes the optical device, a laser light source that generates laser light, and an output end that outputs the laser light, and the optical device includes the laser light source. The second slant type FBG is arranged between the first slant type FBG and the output end, and the second slant type FBG has a smaller transmittance than the first slant type FBG.
上記第2態様のレーザ装置によれば、第2スラント型FBGが、第1スラント型FBGよりも、レーザ光により生じるSRS光の進行方向における下流側に配置される。このため、第2スラント型FBGには、第1スラント型FBGで除去されなかった(残留した)SRS光が入射する。つまり、第2スラント型FBGに入射するSRS光のパワーは、第1スラント型FBGに入射するSRS光のパワーよりも小さくなる。そして、第2スラント型FBGの透過率が第1スラント型FBGよりも小さいため、第1スラント型FBGで除去されるSRS光のパワーと、第2スラント型FBGで除去されるSRS光のパワーと、の差異を小さくすることができる。これにより、例えば第1スラント型FBGと第2スラント型FBGとで透過率が等しい場合と比較して、第1スラント型FBGでSRS光が集中的に除去されて被覆などに吸収されることによる局所的な発熱を抑えることができる。さらに、SRS光が出力端から出射されることも抑えられるため、レーザ光の品質が安定する。 According to the laser device of the second aspect, the second slant type FBG is arranged more downstream than the first slant type FBG in the traveling direction of the SRS light generated by the laser light. Therefore, the SRS light that has not been removed (remains) by the first slant type FBG is incident on the second slant type FBG. That is, the power of the SRS light incident on the second slant type FBG is smaller than the power of the SRS light incident on the first slant type FBG. Then, since the transmittance of the second slant type FBG is smaller than that of the first slant type FBG, the power of SRS light removed by the first slant type FBG and the power of SRS light removed by the second slant type FBG , The difference between can be reduced. As a result, for example, as compared with the case where the first slant type FBG and the second slant type FBG have the same transmittance, the SRS light is intensively removed by the first slant type FBG and absorbed by the coating or the like. It is possible to suppress local heat generation. Furthermore, since the SRS light is also prevented from being emitted from the output end, the quality of the laser light becomes stable.
また、本発明の第3態様に係るレーザ装置は、上記光デバイスと、レーザ光を生成するレーザ光源と、前記レーザ光を出力する出力端と、を備え、前記光デバイスは、前記レーザ光源と前記出力端との間に配置され、前記第2スラント型FBGは、前記第1スラント型FBGよりも前記レーザ光源側に配置されるとともに、前記第1スラント型FBGよりも前記透過率が小さい。 A laser device according to a third aspect of the present invention includes the optical device, a laser light source that generates laser light, and an output end that outputs the laser light, and the optical device is the laser light source. The second slant type FBG, which is disposed between the output end and the second slant type FBG, is disposed closer to the laser light source than the first slant type FBG, and has a smaller transmittance than the first slant type FBG.
上記第3態様のレーザ装置によれば、第2スラント型FBGが、第1スラント型FBGよりも、レーザ装置内をレーザ光源に向けて進行するSRS光(逆行SRS光)の伝搬方向における下流側に配置される。逆行SRS光は、出力端に向かうレーザ光により生じたSRS光が出力端で反射することや、レーザ装置の加工対象物から反射して出力端に再入射したレーザ光によって生じる。そして、第2スラント型FBGには、第1スラント型FBGで除去されなかった(残留した)逆行SRS光が入射する。つまり、第2スラント型FBGに入射する逆行SRS光のパワーは、第1スラント型FBGに入射する逆行SRS光のパワーよりも小さくなる。また、第2スラント型FBGの透過率が第1スラント型FBGよりも小さいため、第1スラント型FBGで除去される逆行SRS光のパワーと、第2スラント型FBGで除去される逆行SRS光のパワーと、の差異を小さくすることができる。これにより、例えば第1スラント型FBGと第2スラント型FBGとで透過率が等しい場合と比較して、第1スラント型FBGで逆行SRS光が集中的に除去されて再被覆部などに吸収されることによる局所的な発熱を抑えることができる。さらに、逆行SRS光がレーザ光源に入射することも抑えられるため、レーザ光源の故障などを抑制できる。 According to the laser device of the third aspect, the second slant type FBG is more downstream than the first slant type FBG in the propagation direction of the SRS light (reverse SRS light) traveling toward the laser light source in the laser device. Is located in. The retrograde SRS light is generated by the SRS light generated by the laser light traveling toward the output end being reflected at the output end, or by the laser light reflected from the processing target of the laser device and re-incident at the output end. Then, the retrograde SRS light not removed (remained) by the first slant type FBG is incident on the second slant type FBG. That is, the power of the retrograde SRS light incident on the second slant type FBG is smaller than the power of the retrograde SRS light incident on the first slant type FBG. Further, since the transmittance of the second slant type FBG is smaller than that of the first slant type FBG, the power of the retrograde SRS light removed by the first slant type FBG and the retrograde SRS light removed by the second slant type FBG are The difference between the power and the power can be reduced. Thereby, for example, as compared with the case where the first slant type FBG and the second slant type FBG have the same transmittance, the retrograde SRS light is intensively removed by the first slant type FBG and is absorbed by the re-covering portion or the like. It is possible to suppress local heat generation due to the above. Further, since the retrograde SRS light is also prevented from entering the laser light source, it is possible to suppress the failure of the laser light source.
また、本発明の第4態様にかかるレーザ装置は、上記光デバイスと、励起光を出射する励起光源と、前記励起光によってレーザ光を生成する共振器と、前記レーザ光を出力する出力端と、を備え、前記光デバイスは、前記励起光源と前記共振器との間に配置され、前記第2スラント型FBGは、前記第1スラント型FBGよりも前記励起光源側に配置されるとともに、前記第1スラント型FBGよりも前記透過率が小さい。 A laser device according to a fourth aspect of the present invention includes the optical device, an excitation light source that emits excitation light, a resonator that generates laser light by the excitation light, and an output end that outputs the laser light. And the optical device is disposed between the excitation light source and the resonator, the second slant type FBG is disposed closer to the excitation light source than the first slant type FBG, and The transmittance is smaller than that of the first slant type FBG.
上記第4態様のレーザ装置によれば、上記第3態様のレーザ装置と同様の作用により、第1スラント型FBGで逆行SRS光が集中的に除去されて再被覆部などに吸収されることによる局所的な発熱を抑えることができる。また、逆行SRS光が励起光源に入射することも抑えられるため、励起光源の故障などを抑制できる。 According to the laser device of the fourth aspect, by the same operation as the laser device of the third aspect, the retrograde SRS light is intensively removed by the first slant type FBG and is absorbed by the re-covering portion or the like. It is possible to suppress local heat generation. Further, it is possible to suppress the retrograde SRS light from entering the pumping light source, so that it is possible to suppress the failure of the pumping light source.
本発明の上記態様によれば、SRS光による再被覆部や被覆部の局所的な発熱を抑制することが可能な光デバイスまたはレーザ装置を提供することができる。 According to the above aspect of the present invention, it is possible to provide an optical device or a laser device capable of suppressing local heat generation in the recoating portion and the coating portion due to SRS light.
(第1実施形態)
以下、第1実施形態の光デバイスおよびレーザ装置について、図面に基づいて説明する。
図1に示すように、レーザ装置1Aは、レーザ光を生成するレーザ光源Lと、出力端7と、レーザ光源Lと出力端7との間に配置された光デバイス8Aと、を備えている。レーザ光源Lは、複数の励起光源2と、コンバイナ3と、HR−FBG(High Reflectivity-Fiber Bragg Grating)4と、増幅用ファイバ5と、OC−FBG(Output Coupler-Fiber Bragg Grating)6と、を備えている。増幅用ファイバ5、HR−FBG4、およびOC−FBG6は、励起光源2が出射する励起光によってレーザ光を生成する共振器Rを構成している。
(First embodiment)
Hereinafter, the optical device and the laser device of the first embodiment will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
本実施形態のレーザ装置1Aは、レーザ光源Lに増幅用ファイバ5が含まれるファイバレーザ装置である。なお、レーザ光源Lの形式は適宜変更可能である。つまり、ファイバレーザ装置以外の形式のレーザ装置に、本実施形態を適用してもよい。例えば、半導体レーザ(DDL:Direct Diode Laser)やディスクレーザのように、共振器が光ファイバ以外で構成され、共振器から射出されるレーザ光を出力端7から出力するレーザ装置にも適用可能である。
The
(方向定義)
図1、図2に示すように、光デバイス8Aは、光ファイバ10を備えている。以下、光ファイバ10の長手方向(コアの長手方向)を単に長手方向Xという。また、光ファイバ10から見て、長手方向Xにおける出力端7側を+X側といい、励起光源2側を−X側という。
(Direction definition)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
励起光源2は励起光を増幅用ファイバ5に向けて出射する。励起光源2としては、例えばレーザダイオードを用いることができる。
コンバイナ3は、励起光源2と共振器Rとの間に配置されている。コンバイナ3は、励起光源2が出射した励起光を、1本の光ファイバに結合し、増幅用ファイバ5に向かわせる。
The
The
増幅用ファイバ5は、1種類または2種類以上の活性元素が添加されたコアと、コアを覆う第1クラッドと、第1クラッドを覆う第2クラッドと、第2クラッドを覆う被覆と、を有している。増幅用ファイバ5は、ダブルクラッドファイバである。コアに添加する活性元素としては、例えばエルビウム(Er)、イッテルビウム(Yb)、あるいはネオジム(Nd)などの希土類元素が使用される。これらの活性元素は、励起状態で光を放出する。コアおよび第1クラッドとしてはシリカガラスなどを用いることができる。第2クラッドとしては、ポリマーなどの樹脂を用いることができる。被覆としては、アクリル樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂材料を用いることができる。
The
HR−FBG4は、増幅用ファイバ5の−X側の端部に融着接続された光ファイバのコア内に形成されている。HR−FBG4は、励起状態にされた増幅用ファイバ5の活性元素が放出する光のうち信号光の波長の光をほぼ100%の反射率で反射するように調整されており、HR−FBG4の長手方向に沿って一定の周期で高屈折率の部分が繰り返される構造となっている。
OC−FBG6は、増幅用ファイバ5の+X側の端部に融着された光ファイバのコア内に形成されている。OC−FBG6は、HR−FBG4とほぼ同様の構造を有しているが、HR−FBG4よりも低い反射率で、光を反射するように調整されている。
The HR-
The OC-
増幅用ファイバ5内では、HR−FBG4およびOC−FBG6で反射した信号光が、増幅用ファイバ5の長手方向で往復する。信号光は、この往復に伴って増幅されてレーザ光となる。このように、共振器R内では、光が増幅されてレーザ光が生成される。レーザ光の一部は、OC−FBG6を透過し、光デバイス8Aを介して出力端7に到達する。光デバイス8Aは、レーザ光を透過し、レーザ光により生じたSRS光の少なくとも一部を除去するように構成されている。
In the
(光デバイス)
図2は、光デバイス8Aの構成を示す模式図である。図2に示すように、光デバイス8Aは、光ファイバ10を備えている。光ファイバ10は、コア11と、クラッド12と、被覆13と、を有するシングルクラッドファイバである。コア11およびクラッド12としては、シリカガラスなどを用いることができる。クラッド12は、コア11を覆い、コア11よりも低い屈折率を有している。被覆13は、クラッド12を覆い、クラッド12よりも高い屈折率を有している。被覆13としては、アクリル樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂材料を用いることができる。被覆13として用いられるこれらの樹脂材料は、一般的に、光を吸収して発熱する。
(Optical device)
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the
(スラント型FBG)
コア11には、複数のスラント型FBG11a〜11cが形成されている。複数のスラント型FBG11a〜11cは、長手方向Xに間隔を空けて、直列的に配置されている。図1、2の例では、スラント型FBG11a〜11cの数は3つである。第1スラント型FBG11a、第2スラント型FBG11b、および第3スラント型FBG11cは、−X側から+X側に向けて、長手方向Xに沿ってこの順に配置されている。ただし、コア11に形成されるスラント型FBGの数は、2つであってもよいし、4つ以上であってもよい。
(Slant type FBG)
A plurality of
スラント型FBG11a〜11cは、コア11に、部分的に加工用光線(紫外線レーザ光など)を照射し、屈折率を変調することで形成される。本実施形態では、スラント型FBG11a〜11cを形成するために、被覆13を部分的に除去し、当該除去した部分を通じて加工用光線をコア11に照射している。また、当該除去部分は、スラント型FBG11a〜11cが形成された後、再被覆部14a〜14cによって覆われている。このため、クラッド12のうち、コア11におけるスラント型FBG11a〜11cが形成された領域を覆う部分の外周面は、再被覆部14a〜14cによって覆われている。なお、被覆13が前記加工用光線を充分に透過する材質である場合には、被覆13を除去しなくてもよい。この場合、光デバイス8Aは、再被覆部14a〜14cを備えていなくてもよい。
The
再被覆部14a〜14cとしては、クラッド12よりも高い屈折率を有する樹脂材料を用いることができる。再被覆部14a〜14cの材質は、被覆13の材質と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
A resin material having a refractive index higher than that of the clad 12 can be used for the recoating
長手方向Xにおいて、第1スラント型FBG11aに対応する位置に第1再被覆部14aが配置されている。同様に、第2スラント型FBG11bおよび第3スラント型FBG11cに対応する位置に、第2再被覆部14bおよび第3再被覆部14cが配置されている。また、スラント型FBG11a〜11cが長手方向Xに間隔を空けて配置されているため、再被覆部14a〜14cも長手方向Xに間隔を空けて配置されている。このように、コア11に形成されるスラント型FBG11a〜11cの数および位置に応じて、再被覆部14a〜14cの数および位置が決定される。
In the longitudinal direction X, the
ただし、複数のスラント型FBG11a〜11cを形成する範囲の被覆13を一括除去し、当該一括除去された部分に複数のスラント型FBG11a〜11cを形成した後、当該一括除去された部分に1つの再被覆部を連続して設けてもよい。この場合、再被覆部の位置はスラント型FBG11a〜11cの位置に対応するが、再被覆部の数はスラント型FBG11a〜11cの数に対応しない。
However, after the
スラント型FBG11a〜11cは、レーザ光として用いられる信号光の波長帯の光を透過し、かつ、レーザ光により生じるSRS光の波長帯の光をコア11からクラッド12に向けて逃がすように構成されている。つまり、複数のスラント型FBG11a〜11cはそれぞれ、レーザ光により生じるSRS光の波長帯を遮光する。
The
図2に模式的に示すように、本実施形態のスラント型FBG11a〜11cでは、長手方向Xにおける屈折率変調部同士の間隔が不均一になっている。これにより、スラント型FBG11a〜11cでコア11から取り除かれる光の波長帯が大きくなる。従って、SRS光をクラッド12に向けてより確実に逃がすことができる。このように、SRS光をコア11から選択的に除去し、被覆13または再被覆部14a〜14cに吸収させることで、信号光の品質を安定させることができる。
As schematically shown in FIG. 2, in the
ここで、例えば1つのスラント型FBGによってSRS光を集中して除去した場合には、除去されたSRS光が集中して被覆13または再被覆部14a〜14cに吸収される。その結果、被覆13または再被覆部14a〜14cが局所的に発熱し、劣化などが生じる可能性がある。
Here, for example, when the SRS light is concentrated and removed by one slant type FBG, the removed SRS light is concentrated and absorbed by the
そこで本実施形態では、複数のスラント型FBG11a〜11cにおけるSRS光の波長帯の遮光率を互いに異ならせて、SRS光をなるべく分散させて被覆13または再被覆部14a〜14cに吸収させている。
以下、より詳しく説明する。
Therefore, in the present embodiment, the plurality of
The details will be described below.
本実施形態では、光ファイバ10内を+X側に向けて伝搬するSRS光を除去する場合について考える。この場合、最も−X側に位置する第1スラント型FBG11aで最初にSRS光の一部が除去される。そして、除去されなかった(残留した)SRS光が第2スラント型FBG11bに向かう。このため、第2スラント型FBG11bに入射するSRS光のパワーは、第1スラント型FBG11aに入射するSRS光のパワーよりも小さくなる。同様に、第3スラント型FBG11cに入射するSRS光のパワーは、第2スラント型FBG11bに入射するSRS光のパワーよりも小さくなる。
In the present embodiment, a case will be considered where the SRS light propagating in the
つまり、+X側に位置するスラント型FBGほど、入射するSRS光のパワーが小さくなる。一方、各スラント型FBG11a〜11cで除去されたSRS光は、それぞれ被覆13または再被覆部14a〜14cにて吸収される。ここで、被覆13または再被覆部14a〜14cにおける局所的な発熱を抑制するためには、各スラント型FBG11a〜11cで除去されるSRS光のパワーを均等に近づけること(均等化)が好ましい。つまり、SRS光を1点で集中して吸収させるのではなく、なるべく分散させて被覆13または再被覆部14a〜14cに吸収させることが好ましい。
That is, the power of the incident SRS light becomes smaller as the slant type FBG located closer to the + X side. On the other hand, the SRS light removed by each of the
以上のことから、SRS光の波長帯における透過率を、+X側に位置するスラント型FBGほど小さくすることが好ましい。すなわち、各スラント型FBG11a〜11cは、長手方向における−側から+側に向かうに従い、漸次透過率が小さくなっていることが好ましい。
ここでいう透過率は、あるスラント型FBGに入射したSRS光のパワーに対する、そのスラント型FBGが遮断するSRS光のパワーの比率である。例えば透過率が0.3の場合には、10WのSRS光が入射したときに、3WのSRS光がコア11から除去され、7WのSRS光がコア11に残留する。
From the above, it is preferable to make the transmittance of the SRS light in the wavelength band smaller in the slant type FBG located on the + X side. That is, it is preferable that each of the
The transmittance here is the ratio of the power of the SRS light that is blocked by the slant type FBG to the power of the SRS light that is incident on a certain slant type FBG. For example, when the transmittance is 0.3, when 10 W SRS light is incident, 3 W SRS light is removed from the
+X側に位置するスラント型FBGほど透過率を小さく設定した場合、大きいパワーのSRS光が入射する−X側のスラント型FBGでは、除去するSRS光の割合が小さくなり、小さいパワーのSRS光が入射する+X側のスラント型FBGでは、除去するSRS光の割合が大きくなる。したがって、各スラント型FBGにより除去されるSRS光のパワーが均等化される。 When the transmittance is set to be smaller for the slant type FBG located on the + X side, the proportion of the SRS light to be removed decreases in the slant type FBG on the −X side where the SRS light of large power is incident, and the SRS light of small power is generated. In the incident + X side slant type FBG, the proportion of SRS light to be removed becomes large. Therefore, the power of the SRS light removed by each slant type FBG is equalized.
より具体的に説明すると、本実施形態の光デバイス8Aは共振器Rと出力端7との間に配置されており、光デバイス8Aのコア11には、第1スラント型FBG11aおよび第2スラント型FBG11bが形成されている。第2スラント型FBG11bは第1スラント型FBG11aよりも出力端7側(+X側)に配置されているため、第2スラント型FBG11bに入射するSRS光のパワーは、第1スラント型FBG11aに入射するSRS光のパワーよりも小さくなる。
そして本実施形態では、第2スラント型FBG11bにおけるSRS光の波長帯の透過率が、第1スラント型FBGFBG11aよりも小さくなっている。
More specifically, the
Further, in the present embodiment, the transmittance of the second
この構成によれば、例えば第1スラント型FBG11aと第2スラント型FBG11bとで透過率を等しくした場合と比較して、第1スラント型FBG11aで除去されるSRS光のパワーと、第2スラント型FBG11bで除去されるSRS光のパワーと、の差異を小さくすることができる。このように、各スラント型FBG11a、11bで除去されるSRS光のパワーを均等化することで、SRS光が被覆13などの一点に集中して吸収されることを抑制し、局所的な発熱を抑えることができる。さらに、SRS光が出力端7から出射されることも抑えられるため、レーザ光の品質が安定する。
According to this configuration, for example, the power of the SRS light removed by the first
上記では第1スラント型FBG11aおよび第2スラント型FBG11bの透過率の関係について説明したが、3つ以上のスラント型FBGを光デバイス8Aのコア11に形成した場合も同様である。つまり、出力端7側(+X側)に位置するスラント型FBGほど透過率を小さく設定することで、3つ以上のスラント型FBGにより除去されるSRS光のパワーを均等化し、分散させて被覆13などに吸収させることができる。
Although the relationship between the transmittances of the first
次に、各スラント型FBGの理想的な透過率の設定について説明する。以下では、透過率に基づいて算出される「遮光率Ti」を用いる。遮光率Tiは、以下の数式1によって定義される。
Next, the setting of the ideal transmittance of each slant type FBG will be described. In the following, the “light blocking rate T i ” calculated based on the transmittance is used. The light blocking rate T i is defined by the following
数式1において、Riは透過率を表す。例えば透過率Ri=0.9のとき、遮光率Ti=−0.45[dB]となる。また、透過率Ri=0.5のとき、遮光率Ti=−3.01[dB]となる。このように、透過率Riが小さい(SRS光の遮光性が高い)ほど、遮光率Tiの絶対値は大きくなる。換言すると、遮光率Tiの絶対値が大きいことは、そのスラント型FBGにおけるSRS光の除去能力が高いことを意味する。
In
以下の説明では、一般化のために、コア11に形成されたスラント型FBGの数をnと表す(図2ではn=3)。また、−X側から数えたスラント型FBGの位置をiと表す。例えば、図2では第1スラント型FBG11aがi=1に対応し、第3スラント型FBG11cがi=3に対応する。また、位置iに対応するスラント型FBGの遮光率をTiと表す。各スラント型FBGに除去されるパワーを均等にするための条件は、以下の数式(2)を満たすことである。
In the following description, for generalization, the number of slant type FBGs formed in the
数式(2)に示すように遮光率Tiを設定することで、各スラント型FBGから除去されるSRS光のパワーを均等にして、より確実にSRS光を分散させて被覆13または再被覆部14a〜14cに吸収させることができる。
なお、i=nの場合は、そのスラント型FBGが最も+X側に位置し、光デバイス8Aの中で最も入射するSRS光のパワーが小さい。したがって、i=nに対応するスラント型FBGについては、透過率Rをできるだけ小さくして出力端7に向かうSRS光を除去することが好ましい。つまり、i=nにおける遮光率Tnの絶対値は、できるだけ大きいことが好ましい。具体的には、遮光率Tnの絶対値は遮光率Tn−1の絶対値より大きいとよい。これにより、SRS光をより確実に除去し、出力端7から出力される信号光の品質を安定させることができる。
By setting the light blocking rate T i as shown in Expression (2), the power of the SRS light removed from each slant type FBG is made uniform, and the SRS light is more surely dispersed to cover the
When i = n, the slant type FBG is located closest to the + X side, and the power of the incident SRS light in the
ここで、スラント型FBGの遮光率の設定について、具体的な実施例を用いて説明する。本実施例では、光デバイス8Aのコア11に形成されるスラント型FBGの数をn=10とした。そして、i=1〜9に対応するスラント型FBGについては、数式(2)を満たすように遮光率Tiを設定した。i=10に対応するスラント型FBGについては、透過率Riを0.001として遮光率Tiを設定した。また、信号光の波長の中央値を1070nmとし、1100〜1160nmの波長帯のSRS光を除去することとした。光デバイス8Aの−X側端部に入射するSRS光のパワーを100Wと仮定した。
Here, setting of the light blocking rate of the slant type FBG will be described using a specific example. In this embodiment, the number of slant type FBGs formed in the
図3は、上記のように設定した各スラント型FBGの遮光率Tiと、各スラント型FBGによってコア11から除去されるSRS光のパワーPiと、の関係を示すグラフである。図3の横軸は、スラント型FBGの位置(i)を示している。図3の第1縦軸(左側)は各スラント型FBGの遮光率Ti[dB]である。図3の第2縦軸(右側)は、各スラント型FBGによってコアから除去されるSRS光のパワーPi[W]である。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the light blocking rate T i of each slant type FBG set as described above and the power P i of the SRS light removed from the core 11 by each slant type FBG. The horizontal axis of FIG. 3 indicates the position (i) of the slant type FBG. The first vertical axis (left side) of FIG. 3 is the light blocking rate T i [dB] of each slant type FBG. The second vertical axis (right side) of FIG. 3 is the power P i [W] of the SRS light removed from the core by each slant type FBG.
数式(1)に基づいて計算すると、i=1に対応するスラント型FBGについては、遮光率T1=−0.45となる。また、このスラント型FBGにより除去されるSRS光のパワーはP1=10[W]となる。
同様に、i=9に対応するスラント型FBGについては、T9=−3.0[dB]、P9=10[W]となる。また、i=10に対応するスラント型FBGについては、T10=−30[dB]、P10=10[W]となる。
When calculated based on the mathematical expression (1), the light blocking rate T 1 = −0.45 for the slant type FBG corresponding to i = 1. The power of SRS light removed by this slant type FBG is P 1 = 10 [W].
Similarly, for the slant type FBG corresponding to i = 9, T 9 = −3.0 [dB] and P 9 = 10 [W]. Also, the slanted FBG corresponding to i = 10, T10 = -30 [ dB], the
このように、本実施例の設定によれば、i=1〜10のいずれのスラント型FBGについても、除去されるSRS光のパワーPiが同等になる。したがって、SRS光が均一に分散して被覆13などに吸収されることになり、被覆13の局所的な発熱を抑制することができる。
As described above, according to the setting of the present embodiment, the power P i of the removed SRS light becomes equal for any of the slant type FBGs with i = 1 to 10. Therefore, the SRS light is uniformly dispersed and absorbed by the
なお、光デバイス8Aに設けられるスラント型FBGは、SRS光を遮光する一方で、信号光を透過させる必要がある。このため、上記したスラント型FBGの遮光率Tiは、SRS光の波長帯に対するものである。以下、スラント型FBGにおける波長帯と遮光率との関係について、図4(a)〜(c)を用いて説明する。
The slant type FBG provided in the
図4(a)は、上記実施例において、i=1に対応するスラント型FBGの遮光性能を示すグラフである。図4(a)の横軸は波長を示しており、縦軸はその波長ごとの遮光率を示している。上記実施例では、信号光の中心波長を1070nmとし、SRS光の波長帯を1100〜1140nmと想定している。したがって、1070nmにおける遮光率はほぼ0[dB]となるように設定され、信号光を透過させるように設定されている。一方、1100〜1140nmの波長帯については、上記実施例で説明した通り、遮光率T1=−0.45[dB]となるように設定されている。 FIG. 4A is a graph showing the light shielding performance of the slant type FBG corresponding to i = 1 in the above embodiment. The horizontal axis of FIG. 4A indicates the wavelength, and the vertical axis indicates the light blocking rate for each wavelength. In the above embodiment, it is assumed that the central wavelength of the signal light is 1070 nm and the wavelength band of the SRS light is 1100 to 1140 nm. Therefore, the light blocking rate at 1070 nm is set to be almost 0 [dB], and the signal light is set to be transmitted. On the other hand, for the wavelength band of 1100 to 1140 nm, the light blocking rate T 1 = −0.45 [dB] is set as described in the above embodiment.
図4(b)、(c)はそれぞれ、上記実施例においてi=9、10に対応するスラント型FBGの遮光性能を示すグラフである。図4(b)、(c)のグラフの形状は図4(a)と同様であり、信号光(1070nm)を透過してSRS光(1100〜1140nm)を遮光するように設定されている。そして、SRS光の波長帯における遮光率は、上記実施例で説明した通り、i=9の場合にT9=−3.0[dB]、i=10の場合にT10=−30[dB]となっている。
このような遮光性能を持たせることで、信号光を透過させつつ、SRS光を各スラント型FBGで分散して除去することができる。
FIGS. 4B and 4C are graphs showing the light-shielding performance of the slant type FBG corresponding to i = 9 and 10 in the above embodiment. The shapes of the graphs of FIGS. 4B and 4C are similar to those of FIG. 4A, and are set so as to transmit the signal light (1070 nm) and block the SRS light (1100 to 1140 nm). The light blocking rate in the wavelength band of the SRS light is T 9 = −3.0 [dB] when i = 9 and T 10 = −30 [dB when i = 10, as described in the above embodiment. ] Has become.
By providing such a light blocking performance, it is possible to disperse and remove the SRS light by each slant type FBG while transmitting the signal light.
なお、波長帯ごとの遮光率については、スラント型FBGを形成する際に、コア11に照射させる紫外線の強度、照射時間、FBGの形成面の数などを調整することで設定可能である。
また、上記説明ではSRS光の波長帯を1100〜1140nmと想定したが、SRS光の波長帯は信号光の中心波長によって異なる。一般的には、SRS光の波長帯は信号光の中心波長から+30〜+70nmの範囲にシフトした帯域となる。したがって、信号光の中心波長に応じてスラント型FBGの遮光特性を調整するとよい。
The light blocking rate for each wavelength band can be set by adjusting the intensity of the ultraviolet light with which the
Further, although the wavelength band of SRS light is assumed to be 1100 to 1140 nm in the above description, the wavelength band of SRS light differs depending on the central wavelength of signal light. Generally, the wavelength band of SRS light is a band shifted from the center wavelength of signal light to the range of +30 to +70 nm. Therefore, the light blocking characteristics of the slant type FBG may be adjusted according to the central wavelength of the signal light.
(第2実施形態)
次に、本発明に係る第2実施形態について説明するが、第1実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment according to the present invention will be described, but the basic configuration is the same as that of the first embodiment. Therefore, the same reference numerals are given to the same configurations, the description thereof is omitted, and only different points will be described.
本実施形態では、−X側に向けて伝搬するSRS光(以下、逆行SRS光という)を除去する場合の構成を説明する。逆行SRS光は、例えば+X側に向けて進行するSRS光が出力端7で反射することや、レーザ装置の加工対象物で反射して出力端7に再入射したレーザ光によって生じる。このような逆行SRS光が励起光源2に到達した場合、励起光源2の故障の原因となるため、励起光源2に到達する前に除去することが好ましい。しかしながら、SRS光を一か所で集中して除去すると再被覆部14の局所的な発熱につながるため、第1実施形態と同様に分散して除去することが好ましい。
In the present embodiment, a configuration will be described in which SRS light propagating toward the -X side (hereinafter referred to as retrograde SRS light) is removed. The retrograde SRS light is generated, for example, by SRS light traveling toward the + X side being reflected at the
そこで、本実施形態では逆行SRS光を分散して除去する。図5は、本実施形態におけるレーザ装置1Bの構成を示す図である。本実施形態では、光デバイスの位置が第1実施形態と異なっている。より詳しくは、光デバイス8Bがコンバイナ3と共振器Rとの間に位置している。光デバイス8Bにおいて、第2スラント型FBG11bは、第1スラント型FBG11aよりも励起光源2側(−X側)に位置している。また、第3スラント型FBG11cは、第2スラント型FBG11bよりも励起光源2側に位置している。
Therefore, in this embodiment, the retrograde SRS light is dispersed and removed. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the
換言すると、第2スラント型FBG11bは、第1スラント型FBG11aよりも、逆行SRS光の伝搬方向における下流側に位置している。このため、第2スラント型FBG11bに入射する逆行SRS光のパワーは、第1スラント型FBG11aに入射する逆行SRS光のパワーよりも小さくなる。また、第2スラント型FBG11bの透過率は第1スラント型FBG11aよりも小さく設定されている。このため、第1スラント型FBG11aで除去される逆行SRS光のパワーと、第2スラント型FBG11bで除去される逆行SRS光のパワーと、の差異を小さくすることができる。これにより、例えば第1スラント型FBG11aと第2スラント型FBG11bとで透過率を等しくした場合と比較して、第1スラント型FBG11aで逆行SRS光が集中的に除去されて再被覆部14a〜14cなどに吸収されることによる局所的な発熱を抑えることができる。さらに、逆行SRS光が励起光源2に入射することも抑えられるため、励起光源2の故障などを抑制できる。
In other words, the second
上記では第1スラント型FBG11aおよび第2スラント型FBG11bの透過率の関係について説明したが、3つ以上のスラント型FBGを光デバイス8Bのコア11に形成した場合も同様である。つまり、より励起光源2側(−X側)に位置するスラント型FBGの透過率をより小さくすることで、3つ以上のスラント型FBGにより除去される逆行SRS光のパワーを均等化し、分散させて再被覆部14a〜14cなどから放射させることができる。
Although the relationship between the transmittances of the first
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、前記第1実施形態の光デバイス8Aまたは第2実施形態の光デバイス8Bを、前方励起光源および後方励起光源を備えた双方向励起型のレーザ装置に適用してもよい。
For example, the
また、1つのレーザ装置に、第1実施形態の光デバイス8Aおよび第2実施形態の光デバイス8Bの両方を設けてもよい。この場合、+X側に向けて伝搬するSRS光を光デバイス8Aで除去しつつ、−X側に向けて伝搬する逆行SRS光を光デバイス8Bで除去することができる。
Further, one laser device may be provided with both the
また、複数の光デバイス8A、8Bを、レーザ装置1A、1B内に直列に配置してもよい。この場合、複数の光デバイス8A同士または光デバイス8B同士、若しくは光デバイス8Aと光デバイス8Bとが直接的に融着接続されていてもよいし、光デバイス同士の間に光ファイバなどの光伝送路が設けられていてもよい。
Further, a plurality of
また、前記第1実施形態では、より+X側に位置するスラント型FBGの透過率をより小さくすることで、+X側に向けて伝搬するSRS光を分散させてコア11から除去した。また、第2実施形態では、より−X側に位置するスラント型FBGの透過率をより小さくすることで、−X側に向けて伝搬するSRS光を分散させてコア11から除去した。ここで、1つの光デバイスに3つ以上のスラント型FBGを形成し、長手方向Xでより中央側に位置するスラント型FBGの透過率をより小さくしてもよい。
In addition, in the first embodiment, the transmittance of the slant type FBG located on the + X side is further reduced, so that the SRS light propagating toward the + X side is dispersed and removed from the
換言すると、光デバイスの長手方向Xにおける端部に近いスラント型FBGほど、透過率を大きくしてもよい。この構成によれば、1つの光デバイスによって、+X側に向けて伝搬するSRS光と、−X側に向けて伝搬する逆行SRS光と、の両者を分散させてコア11から除去することができる。この構成を、例えば第1実施形態におけるレーザ装置1Aに適用する場合には、第2スラント型FBG11bの透過率を、第1スラント型FBG11aおよび第3スラント型FBG11cの透過率よりも小さくする。同様に、第2実施形態におけるレーザ装置1Bにおいて、第2スラント型FBG11bの透過率を、第1スラント型FBG11aおよび第3スラント型FBG11cの透過率よりも小さくしてもよい。
In other words, the transmittance may be increased as the slant type FBG is closer to the end in the longitudinal direction X of the optical device. According to this configuration, one optical device can disperse and remove both the SRS light propagating toward the + X side and the retrograde SRS light propagating toward the −X side from the core 11. . When this configuration is applied to, for example, the
また、第1実施形態において、戻り光などによって生じる逆行SRS光を均等化して除去するために、透過率の小さいスラント型FBGを、透過率の大きいスラント型FBGよりも−X側に配置してもよい。
また、第1実施形態における光デバイス8Aと、第2実施形態における光デバイス8Bとは、レーザ装置のなかで配置される位置や向きが異なっていることを除き、基本的な構成は同じである。つまり、光デバイス8Aと光デバイス8Bとでは、単体で見たときに同様の構成を有している。この点を考慮すると、コア11に3つ以上のスラント型FBG11a〜11cを並べて配置し、コア11の長手方向における一方側から他方側に向かうに従い、スラント型FBG11a〜11cの透過率が漸次小さくなる光デバイスを採用するとよい。そして、当該光デバイスにおける上記一方側を、レーザ装置における+X側とするか−X側とするかを適宜選択することで、+X側に向けて進行するSRS光を均等化して除去するか−X側に向けて進行する逆行SRS光を均等化して除去するかを選択することが可能となる。
Further, in the first embodiment, in order to evenly remove the retrograde SRS light generated by the return light or the like, the slant type FBG having a small transmittance is arranged on the −X side of the slant type FBG having a large transmittance. Good.
Further, the
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。 In addition, it is possible to appropriately replace the constituent elements in the above-described embodiments with known constituent elements without departing from the spirit of the present invention, and the above-described embodiments and modified examples may be appropriately combined.
1A、1B…レーザ装置 2…励起光源 3…コンバイナ 8A、8B…光デバイス 10…光ファイバ 11…コア 11a〜11c…スラント型FBG 12…クラッド 13…被覆 14a〜14c…再被覆部 L…レーザ光源
1A, 1B ...
Claims (6)
コアと、
前記コアを覆い、前記コアよりも低い屈折率を有するクラッドと、
前記コアに形成された第1スラント型FBGおよび第2スラント型FBGと、を備え、
前記第1スラント型FBGおよび前記第2スラント型FBGは、前記レーザ光により生じるSRS光の波長帯を遮光し、かつ、前記波長帯における透過率が互いに異なっている、光デバイス。 An optical device used for a laser device that emits laser light,
With the core,
A clad that covers the core and has a lower refractive index than the core;
A first slant type FBG and a second slant type FBG formed on the core;
An optical device in which the first slant type FBG and the second slant type FBG shield the wavelength band of SRS light generated by the laser light and have different transmittances in the wavelength band.
前記第1スラント型FBG、前記第2スラント型FBG、および前記第3スラント型FBGは、前記コアの長手方向に沿ってこの順に配置され、
前記第2スラント型FBGは、前記第1スラント型FBGおよび前記第3スラント型FBGよりも透過率が小さい、請求項1に記載の光デバイス。 Further comprising a third slant type FBG formed on the core,
The first slant type FBG, the second slant type FBG, and the third slant type FBG are arranged in this order along the longitudinal direction of the core,
The optical device according to claim 1, wherein the second slant type FBG has a smaller transmittance than the first slant type FBG and the third slant type FBG.
前記3つ以上のスラント型FBGは、前記コアの長手方向に沿って並べて配置されるとともに、前記長手方向における一方側から他方側に向かうに従い、漸次透過率が小さくなっている、請求項1に記載の光デバイス。 Three or more slant type FBGs including the first slant type FBG and the second slant type FBG are formed in the core,
The three or more slant type FBGs are arranged side by side along the longitudinal direction of the core, and the transmittance gradually decreases from one side to the other side in the longitudinal direction. The optical device described.
レーザ光を生成するレーザ光源と、
前記レーザ光を出力する出力端と、を備え、
前記光デバイスは、前記レーザ光源と前記出力端との間に配置され、
前記第2スラント型FBGは、前記第1スラント型FBGよりも前記出力端側に配置されるとともに、前記第1スラント型FBGよりも前記透過率が小さい、レーザ装置。 An optical device according to any one of claims 1 to 3,
A laser light source that generates laser light,
An output end for outputting the laser light,
The optical device is disposed between the laser light source and the output end,
The laser device in which the second slant type FBG is arranged closer to the output end side than the first slant type FBG and has the smaller transmittance than the first slant type FBG.
レーザ光を生成するレーザ光源と、
前記レーザ光を出力する出力端と、を備え、
前記光デバイスは、前記レーザ光源と前記出力端との間に配置され、
前記第2スラント型FBGは、前記第1スラント型FBGよりも前記レーザ光源側に配置されるとともに、前記第1スラント型FBGよりも前記透過率が小さい、レーザ装置。 An optical device according to any one of claims 1 to 3,
A laser light source that generates laser light,
An output end for outputting the laser light,
The optical device is disposed between the laser light source and the output end,
The laser device, wherein the second slant type FBG is arranged closer to the laser light source than the first slant type FBG, and has a smaller transmittance than the first slant type FBG.
励起光を出射する励起光源と、
前記励起光によってレーザ光を生成する共振器と、
前記レーザ光を出力する出力端と、を備え、
前記光デバイスは、前記励起光源と前記共振器との間に配置され、
前記第2スラント型FBGは、前記第1スラント型FBGよりも前記励起光源側に配置されるとともに、前記第1スラント型FBGよりも前記透過率が小さい、レーザ装置。 An optical device according to any one of claims 1 to 3,
An excitation light source that emits excitation light,
A resonator that generates laser light by the excitation light,
An output end for outputting the laser light,
The optical device is disposed between the excitation light source and the resonator,
The laser device in which the second slant type FBG is arranged closer to the excitation light source than the first slant type FBG, and has the smaller transmittance than the first slant type FBG.
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