JP2021096371A - レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望のビーム品質の光を得ることができるレーザ装置を提供すること。【解決手段】 レーザ装置１は、励起光を出射する励起光源４０と、励起光により励起される活性元素により増幅される光が共振する共振器２００と、共振器２００の内部に配置されるビーム品質制御装置７０とを備える。ビーム品質制御装置７０は、コア３２ａ及びクラッド３２ｂを有する光ファイバ３２と、光ファイバ３２の少なくとも一部であり、コア３２ａを伝搬する光のモードを変化可能なモード変化部７１と、モード変化部７１の状態を変化させて、モードの変化の度合いを変化させる状態変化部７３とを有する。【選択図】 図３

Description

本発明は、レーザ装置に関する。

レーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高く、小さなビームスポットとなる光が得られることから、レーザ加工分野、医療分野等の様々な分野で用いられている。以下に、レーザ装置の一例として、レーザ加工分野に用いられるレーザ加工機について説明する。

例えば、レーザ加工機が対象物を出射光であるレーザ光によって切断する場合には、当該レーザ加工機は、切断の精度を高めるために、レーザ光のパワー密度を上げ、レーザ光のスポット径を小さくし、対象物の狭い範囲にレーザ光を照射することが好ましい。

これに対して、例えば、レーザ加工機が対象物をレーザ光によって溶接する場合には、当該レーザ加工機は、溶接の均一性を高めるために、レーザの密度を下げ、レーザ光のスポット径を大きくし、対象物の広い範囲にレーザ光を照射することが好ましい。

このようなレーザ加工においては、加工の用途に応じてビームスポットの径を変える手段の１つとして、レーザ光のビーム品質を変更することが挙げられる。

例えば、特許文献１及び特許文献２には、ビーム品質を変更するレーザ装置が開示される。特許文献１では、レーザ光を出射する上流側の光ファイバと複数の光導波層を有する下流側の光ファイバとの間において楔状のガラス部材が抜き差しされる。また、特許文献２では、上流側の光ファイバと下流側の光ファイバとの間にレーザ光を偏向するレンズが配置されている。特許文献１及び特許文献２では、上流側の光ファイバと下流側の光ファイバとは、空間内において光学的に結合されている。また、ガラス部材またはレンズによって、下流側の光ファイバに入射するレーザ光の入射位置が変わり、下流側の光ファイバを伝搬する光のモード等が変化し得る。つまり、下流側の光ファイバを伝搬するレーザ光のビーム品質が変化し得る。

特許第６２４４３０８号明細書 国際公開２０１１／１２４６７１号

特許文献１及び特許文献２のレーザ装置では、光は上流側の光ファイバと下流側の光ファイバとの間を往復するものではなく、ビーム品質はガラス部材やレンズの位置や向きによって一回のみ制御される。一回の制御では、所望のビーム品質の光を得難いという懸念がある。

そこで、本発明は、所望のビーム品質の光を得ることができるレーザ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のレーザ装置は、励起光を出射する励起光源と、前記励起光により励起される活性元素により増幅される光が共振する共振器と、前記共振器の内部に配置されるビーム品質制御装置と、を備え、前記ビーム品質制御装置は、前記光が伝搬するコア及び前記コアの外周面を囲うクラッドを有する光ファイバと、前記光ファイバの少なくとも一部であり、前記光のモードを変化可能なモード変化部と、前記モード変化部の状態を変化させて、前記モードの変化の度合いを変化させる状態変化部と、を有することを特徴とする。

このようなレーザ装置では、光は共振器の内部を往復し、ビーム品質制御装置は当該共振器の内部に配置される。このため、光が共振器の内部を往復する度にモード変化部におけるコアにおいて光のモードが変化し得、所望のビーム品質の光を得ることができる。従って、本発明のレーザ装置によれば、ビーム品質制御装置が共振器の外部に配置される場合と比べて、ビーム品質を大きく変化させることができ、所望のビーム品質の光を得ることができる。

また、前記状態変化部は、前記モード変化部の外周面の少なくとも一部に面接触し、前記モード変化部における前記クラッドの熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有する応力付与部と、前記応力付与部の温度を変化させる温度制御部と、を有し、前記応力付与部は、当該応力付与部が前記クラッドに付与する外力の分布が前記クラッドの周方向において不均一となるように、前記温度制御部による前記温度の変化によって収縮または膨張する。

このようなレーザ装置では、応力付与部の温度が温度制御部によって変化すると、応力付与部は収縮または膨張する。レーザ装置では、応力付与部がクラッドに付与する外力がクラッドの周方向において不均一に変化するため、コアにかかる応力の分布がコアの周方向において不均一となり、コアの屈折率の分布が変化し、コアを伝搬する光のモードが変化し得る。このコアにかかる応力を温度で制御することで、所望のビーム品質の光を得ることができる。このように、このレーザ装置によれば、光ファイバ内でビーム品質が制御されるため、振動や環境温度の変化等が生じても、空間内にレンズが配置されることによってビーム品質が制御される場合と比べて、安定的に所望のビーム品質の光を得ることができる。

また、前記状態変化部は、主面上に前記応力付与部が配置されており、かつ、前記温度制御部に熱的に接続される板状の熱伝導部材をさらに備え、前記熱伝導部材は、前記温度制御部と前記応力付与部との間において熱を伝導することが好ましい。

温度制御部が発熱する場合、温度制御部の熱は、熱伝導部材の平面方向において熱伝導部材全体に渡って伝導され易くなり、熱伝導部材から主面上の応力付与部に伝導され易くなり得る。また、温度制御部が吸熱する場合、応力付与部の熱は、熱伝導部材の平面方向において熱伝導部材全体に渡って伝導され易くなり、応力付与部から熱伝導部材に伝導され易くなり得る。これにより、応力付与部の温度は変化し易くなり、応力付与部の応力の大きさは応力付与部の温度によって変化し易くなり得る。従って、このレーザ装置によれば、熱伝導部材が配置されていない場合に比べて、応力付与部の応力の大きさを変化させ易くすることができる。

さらに、前記温度制御部は、前記熱伝導部材と熱的に接続されるペルチェ素子を有することが好ましい。

一般的に、ペルチェ素子において電流が所定の方向に流れると、ペルチェ素子の一方の面の温度は上昇し、他方の面の温度は下降する。この場合において、熱伝導部材が一方の面に配置されると、熱は一方の面から熱伝導部材を介して応力付与部に伝達され、応力付与部の温度はペルチェ素子によって上昇する。また、電流が上記とは逆の方向に流れると、一方の面の温度は下降し、他方の面の温度は上昇する。この場合において、熱伝導部材が一方の面に配置されると、熱は応力付与部から熱伝導部材を介してペルチェ素子に伝達され、応力付与部の温度はペルチェ素子によって下降する。このように、応力付与部の温度はペルチェ素子によって変化し、応力付与部の応力の大きさは応力付与部の温度によって制御され得る。従って、このレーザ装置によれば、ペルチェ素子によって応力付与部の応力の大きさを変えることができる。

また、前記応力付与部は、前記光ファイバの前記外周面に面接触する接触面と前記接触面から離れている前記応力付与部の外周面との間の厚みが不均一な樹脂から成ることが好ましい。

この場合、樹脂の温度が変化することで、クラッドに付与される外力の大きさにばらつきが生じ、コアにかかる応力の分布はコアの周方向において不均一となり得る。

また、前記樹脂の温度が所定の温度よりも低い場合に、前記樹脂は、収縮して前記クラッドに引張応力を付与し、前記樹脂の前記温度が前記所定の温度よりも高い場合に、前記樹脂は、膨張して前記クラッドに圧縮応力を付与することが好ましい。

この場合、温度制御部は、樹脂の温度を制御することによって樹脂の収縮または膨張を制御し得、樹脂の収縮または膨張によって応力を制御し得る。

また、前記ビーム品質制御装置は、前記応力付与部の少なくとも一部を囲う枠部材をさらに備え、前記枠部材の熱膨張係数は、前記応力付与部の熱膨張係数よりも小さいことが好ましい。

この場合、応力付与部は、膨張すると枠部材に向かう広がりを枠部材によって抑制されるため、枠部材が配置されていない場合に比べてクラッドに向かって強い外力でクラッドを押圧し得る。これにより応力付与部は、枠部材が配置されていない場合に比べて、大きい圧縮応力をクラッドに付与することができる。

また、前記レーザ装置は、前記レーザ装置の用途を前記温度制御部に入力する入力部と、前記用途に応じた前記応力付与部の前記温度を記憶する記憶部と、をさらに備え、前記温度制御部は、前記入力部から前記用途が入力される場合、前記記憶部から読み出した前記応力付与部の前記温度に基づいて、前記応力付与部の前記温度を制御することが好ましい。

この場合、レーザ装置は、各用途に適したビーム品質の光を対象物に照射することができる。これにより、各用途に適したビーム品質の光が対象物に照射されない場合に比べて、レーザ装置の加工速度や加工品質等の加工性能が向上し得る。

また、前記モード変化部は、前記光ファイバの巻回部であり、前記状態変化部は、前記モード変化部における巻回している前記光ファイバの巻きの径の大きさを変化させることが好ましい。

この場合、レーザ装置は、レーザ装置から出射する光のビーム品質を所望の値に制御することができる。また、光ファイバの巻きの径の大きさが変わり、光が共振器の内部を往復するため、ビーム品質制御装置が共振器の外部に配置される場合と比べて、ビーム品質をより大きく変化させることができ、所望のビーム品質の光を得ることができる。

さらに、前記共振器は、前記活性元素が添加される増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ、前記活性元素により増幅される前記光の少なくとも一部の波長の光を反射する第１ＦＢＧと、前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ、前記第１ＦＢＧが反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を前記第１ＦＢＧより低い反射率で反射する第２ＦＢＧと、を有してもよい。

この場合、共振器は増幅用光ファイバと第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとから構成されており、ビーム品質制御装置のモード変化部は第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間に配置される。

また、前記ビーム品質制御装置は、前記増幅用光ファイバと前記第１ＦＢＧにおける前記増幅用光ファイバから最も離れた部位との間に配置されることが好ましい。

増幅用光ファイバと第１ＦＢＧにおける増幅用光ファイバから最も離れた部位との間における光のパワー密度は、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間における他の部位におけるパワー密度よりも低い。従って、ビーム品質制御装置は、増幅用光ファイバと第１ＦＢＧにおける増幅用光ファイバから最も離れた部位との間に配置される場合、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間における他の部位に配置される場合に比べて、ビーム品質制御装置の光ファイバでの発熱を抑え得る。このため、ビーム品質制御装置の損傷を抑制し得る。

或いは、前記ビーム品質制御装置は、前記増幅用光ファイバと前記第２ＦＢＧにおける前記増幅用光ファイバから最も離れた部位との間に配置されることが好ましい。

増幅用光ファイバと第２ＦＢＧにおける増幅用光ファイバから最も離れた部位との間における光のパワー密度は、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間における他の部位における光のパワー密度よりも高い。従って、ビーム品質制御装置は、増幅用光ファイバと第２ＦＢＧ増幅用光ファイバから最も離れた部位との間に配置される場合、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間における他の部位に配置される場合に比べて、ビーム品質をより大きく変化させることができ、出射部から出射する光のビーム品質を所望のビーム品質に近づけることができる。

また、前記増幅用光ファイバは、前記ビーム品質制御装置における前記光ファイバであってもよい。

或いは、前記第１ＦＢＧは、前記ビーム品質制御装置における前記光ファイバに設けられてもよい。

或いは、前記第２ＦＢＧは、前記ビーム品質制御装置における前記光ファイバに設けられてもよい。

以上のように、本発明によれば、所望のビーム品質の光を得ることができるレーザ装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態におけるレーザ装置を示す図である。 図１のレーザ装置におけるそれぞれの光源を示す図である。 図２の光源におけるビーム品質制御装置を示す図である。 ビーム品質制御装置の応力付与部が収縮した場合における応力付与部からクラッドへの応力の付与を説明する図である。 ビーム品質制御装置の応力付与部が膨張した場合における応力付与部からクラッドへの応力の付与を説明する図である。 第１実施形態における応力付与部の温度とビーム品質の変化量との関係の例を示す図である。 第１実施形態とは異なりビーム品質制御装置が共振器の外部に配置される場合における、応力付与部の温度とビーム品質の変化量との関係を示す図である。 光源において増幅用光ファイバと第１ＦＢＧにおける増幅用光ファイバから最も離れた部位との間に配置されるビーム品質制御装置を示す図である。 第２実施形態におけるビーム品質制御装置を示す図である。 第３実施形態におけるビーム品質制御装置を示す図である。 第４実施形態におけるビーム品質制御装置を示す図である。 第５実施形態におけるビーム品質制御装置を示す図である。 第６実施形態におけるレーザ装置を示す図である。 第７実施形態におけるレーザ装置を示す図である。 第８実施形態におけるレーザ装置を示す図である。

以下、本発明に係るレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。また、本発明は、以下に例示する各実施形態における構成要素を適宜組み合わせてもよい。なお、理解の容易のため、それぞれの図において一部が誇張して記載される場合等がある。

（第１実施形態）
図１は、本発明にかかるレーザ装置１を示す図である。図１に示すように、本実施形態のレーザ装置１は、複数の光源２と、それぞれの光源２から出射する光を伝搬する光ファイバ２１と、光ファイバ２１からの光が入射するデリバリ光ファイバ１０と、コンバイナ２５と、デリバリ光ファイバ１０からの光が入射する光ファイバ５０と、光ファイバ５０の端部に設けられる出射部６０とを主な構成として備える。

図２は、レーザ装置１におけるそれぞれの光源２を示す図である。図２に示すように、本実施形態では、それぞれの光源２は、励起光を出射する励起光源４０と、励起光源４０から出射する励起光が入射し、励起光により励起される活性元素が添加される増幅用光ファイバ３０と、を主な構成として備える。また、それぞれの光源２は、増幅用光ファイバ３０の一端に接続される光ファイバ３１と、光ファイバ３１に設けられる第１ＦＢＧ（Fibber Bragg Gratings）３３と、光ファイバ３１に励起光を入射するためのコンバイナ３５と、増幅用光ファイバ３０の他端に接続される光ファイバ３２を備えるビーム品質制御装置７０と、光ファイバ３２に設けられる第２ＦＢＧ３４と、を主な構成としてさらに備える。増幅用光ファイバ３０と第１ＦＢＧ３３と第２ＦＢＧ３４とでファブリ・ペロー（Fabry-Perot）型の共振器２００が構成され、本実施形態の光源２は共振器型のファイバレーザ装置とされる。

本実施形態では、光ファイバ３２を備えるビーム品質制御装置７０は、共振器２００の内部に配置される。図２の例では、例えば、ビーム品質制御装置７０は、増幅用光ファイバ３０と第２ＦＢＧ３４における増幅用光ファイバ３０から最も離れた部位との間に配置される。ビーム品質制御装置７０の構成については、後述する。

励起光源４０は、複数のレーザダイオード４１から構成される。励起光源４０は、増幅用光ファイバ３０に添加される活性元素を励起する波長の励起光を出射する。励起光源４０のそれぞれのレーザダイオード４１は、励起光用光ファイバ４５に接続される。レーザダイオード４１から出射する光は、それぞれのレーザダイオード４１に光学的に接続される励起光用光ファイバ４５を伝搬する。励起光用光ファイバ４５としては、例えば、マルチモードファイバを挙げることができ、この場合、励起光は励起光用光ファイバ４５をマルチモード光として伝搬する。本実施形態では、励起光の波長は、例えば９１５ｎｍとされる。

増幅用光ファイバ３０は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドと、外側クラッドの外周面を被覆する被覆層とから構成されている。本実施形態では、増幅用光ファイバ３０のコアは活性元素としてイッテルビウム（Ｙｂ）が添加された石英から成り、必要に応じて屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素が添加されている。なお、本実施形態とは異なるが、増幅する光の波長に合わせて、活性元素としてイッテルビウム以外の希土類元素が添加されても良い。このような希土類元素としては、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）等が挙げられる。また、増幅用光ファイバ３０の内側クラッドを構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英が挙げられる。なお、内側クラッドに例えばフッ素、ボロン（Ｂ）等の屈折率を低下させる元素が添加されてもよい。また、増幅用光ファイバ３０の外側クラッドを構成する材料としては、例えば、内側クラッドより屈折率の低い樹脂が挙げられる。また、増幅用光ファイバ３０の被覆層を構成する材料としては、例えば、外側クラッドを構成する樹脂とは異なる樹脂が挙げられる。増幅用光ファイバ３０は、シングルモードファイバとされるが、パワーの大きな信号光が増幅用光ファイバ３０のコアを伝搬可能なように、コアの直径がマルチモードファイバと同様とされつつも、シングルモードの光を伝搬する構成とされても良い。また、増幅用光ファイバ３０はマルチモードファイバとされても良い。

光ファイバ３１は、コアに活性元素が添加されていない点を除き増幅用光ファイバ３０と同じ構成とされる。光ファイバ３１は、増幅用光ファイバ３０の一端に接続されている。従って、増幅用光ファイバ３０のコアと光ファイバ３１のコアとが光学的に結合し、増幅用光ファイバ３０の内側クラッドと光ファイバ３１の内側クラッドとが光学的に結合している。

第１ＦＢＧ３３は、増幅用光ファイバ３０の一方側に接続される光ファイバ３１のコアに設けられている。第１ＦＢＧ３３は、光ファイバ３１の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されることで構成されている。この周期が調整されることにより、第１ＦＢＧ３３は、励起状態とされた増幅用光ファイバ３０の活性元素が放出する光のうち所定の波長帯域の光を反射する。

また、コンバイナ３５において、光ファイバ３１の内側クラッドに励起光用光ファイバ４５のコアが接続されている。こうして、励起光源４０と接続される励起光用光ファイバ４５と増幅用光ファイバ３０の内側クラッドとは、光ファイバ３１の内側クラッドを介して、光学的に結合される。

また、コンバイナ３５において、光ファイバ３１に光ファイバ３６が接続されている。光ファイバ３６は、例えば、光ファイバ３１のコアと同じ直径のコアを有する光ファイバとされる。光ファイバ３６の一端は光ファイバ３１に接続されており、光ファイバ３６のコアと光ファイバ３１のコアとが光学的に結合している。また、光ファイバ３６のコンバイナ３５側と反対側には熱変換部Ｅが接続されている。

光ファイバ３２は、増幅用光ファイバ３０の他端に接続されており、増幅用光ファイバ３０のコアと光ファイバ３２のコアとが光学的に結合している。光ファイバ３２の構成については、後述する。

第２ＦＢＧ３４は、光ファイバ３２のコアに設けられている。第２ＦＢＧ３４は、光ファイバ３２の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されることで構成されている。この構成により、第２ＦＢＧ３４は、第１ＦＢＧ３３が反射する光の少なくとも一部の波長の光を第１ＦＢＧ３３よりも低い反射率で反射する。

また、光ファイバ３２の増幅用光ファイバ３０側と反対側には、図１に示す光ファイバ２１が接続されており、光ファイバ３２と光ファイバ２１とで１つの光ファイバが構成されている。なお、光ファイバ３２が延長されることにより、光ファイバ３２の一部が光ファイバ２１とされても良い。

それぞれの光ファイバ２１のコアは、デリバリ光ファイバ１０のコアとコンバイナ２５により光学的に結合されている。デリバリ光ファイバ１０は、例えばマルチモードの光が伝搬するマルチモードファイバとされる。コンバイナ２５は、例えば、テーパ状に加工されたブリッジファイバとされる。この場合、それぞれの光ファイバ２１のコアは、コンバイナ２５であるブリッジファイバの大口径側の端面に接続され、デリバリ光ファイバ１０のコアは、コンバイナ２５であるブリッジファイバの小口径側の端面に接続される。こうして、コンバイナ２５を介して、それぞれの光ファイバ２１のコアとデリバリ光ファイバ１０のコアとが光学的に結合される。なお、コンバイナ２５は、それぞれの光ファイバ２１のコアとデリバリ光ファイバ１０のコアとを光学的に結合させるものであれば、上記のブリッジファイバに限らず、例えば、それぞれの光ファイバ２１のコアがデリバリ光ファイバ１０のコアに直接接続されてもよい。

デリバリ光ファイバ１０は、光が伝搬するコアと、コアの外周面を全周に渡って囲い、コアの外周面に隙間なく密着するクラッドと、クラッドの外周面を全周に渡って囲い、クラッドの外周面に隙間なく密着する被覆層とを有する。例えば、コア及びクラッドにはガラスが用いられ、被覆層には樹脂が用いられる。例えば、コアは、活性元素が添加されていない点を除き増幅用光ファイバ３０のコアと同じ構成とされる。例えば、クラッドは、増幅用光ファイバ３０の内側クラッドと同じ構成とされる。例えば、被覆層は、増幅用光ファイバ３０の被覆層と同じ構成とされる。

デリバリ光ファイバ１０のコンバイナ２５側と反対側には、光ファイバ５０が接続されており、デリバリ光ファイバ１０と光ファイバ５０とで１つの光ファイバが形成されている。なお、デリバリ光ファイバ１０が延長されることにより、デリバリ光ファイバ１０の一部が光ファイバ５０とされても良い。本実施形態では、光ファイバ５０の構成は、デリバリ光ファイバ１０の構成と同様とされる。第１ＦＢＧ３３から出射部６０における光ファイバ３１と増幅用光ファイバ３０と光ファイバ３２，２１とデリバリ光ファイバ１０と光ファイバ５０とには、励起光により励起される活性元素により増幅される光が伝搬する。

出射部６０は、光ファイバ５０から伝搬された光を対象物等に出射する。出射部６０は、例えば、光ファイバ５０のコアの直径よりも大きな直径を有するガラスロッドとされる。なお、出射部６０は、光ファイバ５０の端部とされてもよいし、光ファイバ５０の端部に取り付けられたレンズなどの光学部品とされてもよい。

次に図３を用いて、ビーム品質制御装置７０の構成について説明する。図３は、ビーム品質制御装置７０を示す図である。

ビーム品質制御装置７０の光ファイバ３２は、光が伝搬するコア３２ａと、コア３２ａの外周面を全周に渡って囲い、コア３２ａの外周面に隙間なく密着するクラッド３２ｂと、クラッド３２ｂの外周面を全周に渡って囲い、クラッド３２ｂの外周面に隙間なく密着する被覆層３２ｃとを有する。例えば、コア３２ａ及びクラッド３２ｂにはガラスが用いられ、被覆層３２ｃには樹脂が用いられる。例えば、コア３２ａは、活性元素が添加されていない点を除き増幅用光ファイバ３０のコアと同じ構成とされる。コア３２ａは、増幅用光ファイバ３０のコアに光学的に結合されている。例えば、クラッド３２ｂは、増幅用光ファイバ３０の内側クラッドと同じ構成とされる。例えば、被覆層３２ｃは、増幅用光ファイバ３０の被覆層と同じ構成とされる。

また、ビーム品質制御装置７０は、モード変化部７１と、状態変化部７３と、入力部１１３と、記憶部１１５とを有する。

モード変化部７１は、光ファイバ３２の少なくとも一部である。モード変化部７１では、コア３２ａを伝搬する光のモードが状態変化部７３によって変化可能である。状態変化部７３は、応力付与部８０と、温度制御部９０と、熱伝導部材１１１とを有する。

本実施形態では、例えば、応力付与部８０は、湿気硬化型の樹脂から成る。この樹脂は、例えば、シリコーン系の樹脂である。また、本実施形態では、熱伝導部材１１１は、例えば、銅、窒化アルミニウムなどの金属の板部材から成る。

応力付与部８０は、モード変化部７１における被覆層３２ｃの外周面を全周に渡って囲い、被覆層３２ｃの外周面に隙間なく密着しており、当該外周面に面接触する。別言すると、モード変化部７１における光ファイバ３２の外周面は、応力付与部８０に埋設される。被覆層３２ｃの外周面に面接触する応力付与部８０の接触面と当該接触面から離れている応力付与部８０の外周面との間における応力付与部８０の厚みは、不均一となっている。別言すると、光ファイバ３２の径方向におけるクラッド３２ｂの外周面と応力付与部８０の外周面との間の距離は、一定ではなく、不均一とされている。このために、例えば、応力付与部８０は半楕円形状となっており、熱伝導部材１１１の平面方向における応力付与部８０の長さは熱伝導部材１１１の厚み方向における応力付与部８０の長さよりも長くされている。熱伝導部材１１１の平面方向における応力付与部８０の長さは光ファイバ３２の直径よりも十分に長く、熱伝導部材１１１の厚み方向における応力付与部８０の長さは光ファイバ３２の直径よりも微小に長くされている。応力付与部８０は、光ファイバ３２とともに熱伝導部材１１１の主面に配置されており、光ファイバ３２を熱伝導部材１１１に固定する。例えば、応力付与部８０は、光ファイバ３２の全長の一部分において光ファイバ３２を囲っている。別言すると、応力付与部８０によって囲まれる光ファイバ３２はモード変化部７１である。

温度制御部９０は、制御本体部９１と、電源９３と、ペルチェ素子９５とを有する。

制御本体部９１には、例えば、マイクロコントローラ、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large-scale Integrated Circuit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの集積回路やＮＣ（Numerical Control）装置を用いることができる。また、温度制御部９０は、ＮＣ装置を用いた場合、機械学習器を用いたものであってもよく、機械学習器を用いないものであってもよい。

制御本体部９１には、ビーム品質制御装置７０を搭載するレーザ装置１の用途が入力部１１３から入力される。この場合、制御本体部９１は、記憶部１１５にアクセスし、記憶部１１５に記憶されるテーブルからレーザ装置１の用途に応じた応力付与部８０の温度を読み出す。

電源９３は、応力付与部８０の温度がテーブルから読み出された温度となるように、制御本体部９１によって電圧を制御される。電源９３は、電圧をペルチェ素子９５に印加する。

電圧の印加によって、ペルチェ素子９５に電流が所定の方向に流れると、ペルチェ素子９５の後述する一方の面の温度は上昇し、他方の面の温度は下降する。また、電圧が切り替わり、電流が上記とは逆の方向に流れると、ペルチェ素子９５の一方の面の温度は下降し、他方の面の温度は上昇する。ペルチェ素子９５の一方の面及び他方の面の温度は、ペルチェ素子９５に流れる電流の大きさによって変化する。電流の大きさが変えられることで、ペルチェ素子９５の温度の変化の度合いが変化する。電流の大きさが一定だと、ペルチェ素子９５の温度は一定となる。電流が流れない場合は、ペルチェ素子９５は発熱及び吸熱しない。

ペルチェ素子９５の一方の面には、熱伝導部材１１１が配置されている。上記したように、ペルチェ素子９５に電流が所定の方向に流れると、ペルチェ素子９５の一方の面の温度は上昇する。この場合、ペルチェ素子９５の熱は熱伝導部材１１１を介して応力付与部８０に伝達され、応力付与部８０の温度はペルチェ素子９５によって上昇する。また、上記したように、電流が上記とは逆の方向に流れると、熱伝導部材１１１が配置されるペルチェ素子９５の一方の面の温度は下降する。この場合、応力付与部８０の熱は応力付与部８０から熱伝導部材１１１を介してペルチェ素子９５に伝達され、応力付与部８０の温度はペルチェ素子によって下降する。

熱伝導部材１１１の主面には応力付与部８０が配置されており、熱伝導部材１１１の裏面はペルチェ素子９５に載置されている。熱伝導部材１１１は、応力付与部８０とペルチェ素子９５とに熱的に接続されており、ペルチェ素子９５と応力付与部８０との間において熱を伝導する。ペルチェ素子９５の一方の面の温度が上昇し、他方の面の温度が下降する場合、熱伝導部材１１１は、ペルチェ素子９５から発生した熱を応力付与部８０に伝導する。ペルチェ素子９５の一方の面の温度が下降し、他方の面の温度が上昇する場合、熱伝導部材１１１は、応力付与部８０の熱をペルチェ素子９５に伝導する。

熱伝導部材１１１の熱膨張係数は、クラッド３２ｂの熱膨張係数と応力付与部８０の熱膨張係数とよりも大きくされ、被覆層３２ｃの熱膨張係数よりも小さくされている。

入力部１１３は、レーザ装置１を操作する操作者によって操作される。本実施形態では、入力部１１３は、例えば、切削または溶接といったレーザ装置１の用途を制御本体部９１に入力する。入力部１１３は、一般的な入力用の機器であり、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、ボタンスイッチ、ダイヤル等である。入力部１１３は、操作者が図示しないモニタ等の表示部を目視した状態で表示部に表示される複数の用途から１つのある用途を選択及び入力してもよい。入力部１１３は、操作者がレーザ装置１を動作させるための各種指令を入力するために用いられてもよい。

記憶部１１５は、レーザ装置１の用途と用途に対応する応力付与部８０の温度との関係を示すテーブルを記憶している。記憶部１１５は、例えば、メモリである。

温度制御部９０の制御本体部９１及び電源９３と、入力部１１３と、記憶部１１５とは、それぞれの光源２におけるビーム品質制御装置７０で共有されてもよい。

次に、応力付与部８０による光ファイバ３２への応力の付与について説明する。

本実施形態では、応力付与部８０の熱膨張係数は、クラッド３２ｂの熱膨張係数とは異なる。ここでは、応力付与部８０の熱膨張係数は、クラッド３２ｂの熱膨張係数よりも大きいものとして説明する。また、応力付与部８０の熱膨張係数及びクラッド３２ｂの熱膨張係数は、被覆層３２ｃの熱膨張係数よりも小さくされている。

本実施形態では、応力付与部８０の温度がある所定の温度となっている状態では、応力付与部８０は、収縮及び膨張しておらず、引張応力または圧縮応力といった応力を被覆層３２ｃを介してクラッド３２ｂに付していない状態となっている。また、被覆層３２ｃも、応力付与部８０と同様に、ある所定の温度下では、収縮及び膨張しておらず、引張応力または圧縮応力といった応力をクラッド３２ｂに付していない状態となっている。このような場合、応力付与部８０及び被覆層３２ｃがクラッド３２ｂに付与する外力の分布は、クラッド３２ｂの周方向において均一な状態となっている。所定の温度とは、例えば、応力付与部８０である湿気硬化型の樹脂が硬化するときの温度である。

例えば、熱伝導部材１１１が配置されている温度制御部９０のペルチェ素子９５の一方の面の温度が下降し、ペルチェ素子９５の他方の面の温度が上昇すると、応力付与部８０の熱は熱伝導部材１１１を介してペルチェ素子９５に伝導される。これにより、応力付与部８０の温度は所定の温度よりも下降し、応力付与部８０は、所定の温度時に比べて収縮する。このとき、応力付与部８０の厚みが薄くなるように、応力付与部８０の外周面及び応力付与部８０の内周面は互いに向かって近づく。また、被覆層３２ｃの熱は応力付与部８０と熱伝導部材１１１とを介してペルチェ素子９５に伝導され、被覆層３２ｃの温度は所定の温度よりも下降する。このため、被覆層３２ｃも、応力付与部８０と同様に、所定の温度時に比べて収縮する。

本実施形態では、上記のように応力付与部８０の熱膨張係数がクラッド３２ｂの熱膨張係数よりも大きいため、応力付与部８０は、クラッド３２ｂよりも大きく収縮する。そして、図４に示すように、応力付与部８０は、応力付与部８０の内周面において被覆層３２ｃを介してクラッド３２ｂを引っ張り、クラッド３２ｂに引張応力を付与し得る。

また、本実施形態では、上記のように被覆層３２ｃの熱膨張係数が応力付与部８０の熱膨張係数及びクラッド３２ｂの熱膨張係数よりも大きいため、被覆層３２ｃは、応力付与部８０及びクラッド３２ｂよりも大きく収縮する。この場合、被覆層３２ｃの外周面は、クラッド３２ｂに向かう収縮を応力付与部８０の内周面における収縮によって抑制される。このため、応力付与部８０が配置されていない場合に比べて、被覆層３２ｃは、クラッド３２ｂを強い力で引っ張りし得る。これにより被覆層３２ｃは、応力付与部８０が配置されていない場合に比べて、大きい引張応力をクラッド３２ｂに付与し得る。

また、例えば、熱伝導部材１１１が配置されている温度制御部９０のペルチェ素子９５の一方の面の温度が上昇し、ペルチェ素子９５の他方の面の温度が下降すると、ペルチェ素子９５の熱は熱伝導部材１１１を介して応力付与部８０に伝導される。これにより応力付与部８０の温度は所定の温度よりも上昇し、応力付与部８０は、所定の温度時に比べて膨張する。このとき、応力付与部８０の厚みが厚くなるように、応力付与部８０の外周面及び応力付与部８０の内周面は互いから遠ざかる。また、ペルチェ素子９５の熱は熱伝導部材１１１及び応力付与部８０を介して被覆層３２ｃにも伝導され、被覆層３２ｃの温度は所定の温度よりも上昇する。このため、被覆層３２ｃも、応力付与部８０と同様に、所定の温度時に比べて膨張する。

本実施形態では、上記のように応力付与部８０の熱膨張係数がクラッド３２ｂの熱膨張係数よりも大きいため、応力付与部８０は、クラッド３２ｂよりも大きく膨張する。そして、図５に示すように、応力付与部８０は、応力付与部８０の内周面において被覆層３２ｃを介してクラッド３２ｂを押圧し、クラッド３２ｂに圧縮応力を付与し得る。

また、本実施形態では、上記のように被覆層３２ｃの熱膨張係数が応力付与部８０の熱膨張係数及びクラッド３２ｂの熱膨張係数よりも大きいため、被覆層３２ｃは、応力付与部８０及びクラッド３２ｂよりも大きく膨張する。この場合、被覆層３２ｃの外周面は、応力付与部８０に向かう膨張を応力付与部８０の内周面における膨張によって抑制される。このため、応力付与部８０が配置されていない場合に比べて、被覆層３２ｃは、クラッド３２ｂを強い力で押圧し得る。これにより被覆層３２ｃは、応力付与部８０が配置されていない場合に比べて、大きい圧縮応力をクラッド３２ｂに付与し得る。

このように応力付与部８０は、応力付与部８０の温度によって収縮または膨張し、収縮によって応力である引張応力をクラッド３２ｂに付与し、膨張によって応力である圧縮応力をクラッド３２ｂに付与し得る。また、被覆層３２ｃは、被覆層３２ｃの温度によって収縮または膨張し、収縮によって応力である引張応力をクラッド３２ｂに付与し、膨張によって応力である圧縮応力をクラッド３２ｂに付与し得る。

応力付与部８０の収縮の程度は、応力付与部８０の温度が所定の温度よりも低くなればなるほど、大きくなる。このため、応力付与部８０の引張応力の大きさは、応力付与部８０の温度が所定の温度よりも低くなればなるほど、大きくなる。また、応力付与部８０の膨張の程度は、応力付与部８０の温度が所定の温度よりも高くなればなるほど、大きくなる。このため、応力付与部８０の圧縮応力の大きさは、応力付与部８０の温度が所定の温度よりも高くなればなるほど、大きくなる。同様に、被覆層３２ｃの引張応力の大きさは、被覆層３２ｃの温度が所定の温度よりも低くなればなるほど、大きくなる。また、被覆層３２ｃの圧縮応力の大きさは、被覆層３２ｃの温度が所定の温度よりも高くなればなるほど、大きくなる。

応力付与部８０と被覆層３２ｃとが引張応力または圧縮応力をクラッドに付与すると、クラッド３２ｂにおける外力の分布がクラッド３２ｂの周方向において不均一となる。これによりコア３２ａにかかる応力の分布がコア３２ａの周方向において不均一となり、コア３２ａの屈折率の分布が変化し、コア３２ａを伝搬する光のモードが変化し得る。

次に図６を用いて、温度制御部９０によって制御される応力付与部８０の温度と、ビーム品質の変化量との関係の例について説明する。図６は、応力付与部８０の温度とビーム品質の変化量との関係の例を示す図である。

ここで、図６にて実線で示すグラフについて説明する。このグラフでは、上記した所定の温度を例えば２５℃としている。従って、この場合では、外力の分布はクラッド３２ｂの周方向において均一な状態となっており、ビーム品質の変化量は０である。この場合における、応力付与部８０の温度とビーム品質の変化量とについて、以下に説明する。

応力付与部８０の温度が２２℃の場合では応力付与部８０の引張応力によってビーム品質の変化量は０．０１３、応力付与部８０の温度が２０℃の場合では応力付与部８０のより大きな引張応力によってビーム品質の変化量は０．０３９、となる結果が得られる。また、応力付与部８０の温度が２７℃の場合では応力付与部８０の圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０１５、応力付与部８０の温度が３０℃の場合では応力付与部８０のより大きな圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０４０、となる結果が得られる。

次に、図６にて点線で示すグラフについて説明する。このグラフでは、上記した所定の温度を例えば３５℃としている。従って、この場合では、外力の分布はクラッド３２ｂの周方向において均一な状態となっており、ビーム品質の変化量は０である。この場合における、応力付与部８０の温度とビーム品質の変化量とについて、以下に説明する。

応力付与部８０の温度が３２℃の場合では応力付与部８０の引張応力によってビーム品質の変化量は０．０１３、応力付与部８０の温度が３１℃の場合では応力付与部８０のより大きな引張応力によってビーム品質の変化量は０．０３９、となる結果が得られる。また、応力付与部８０の温度が３７℃の場合では応力付与部８０の圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０１５、応力付与部８０の温度が４０℃の場合では応力付与部８０のより大きな圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０４０、となる結果が得られる。

上記した結果から、応力付与部８０の温度が所定の温度よりも低くなればなるほど、引張応力が大きくなり、コア３２ａの屈折率の分布が変化するため、ビーム品質の変化量は大きくなり得る。また、応力付与部８０の温度が所定の温度よりも高くなればなるほど、圧縮応力が大きくなり、コア３２ａの屈折率の分布が変化するため、ビーム品質の変化量は大きくなり得る。つまり、応力の大きさは応力付与部８０の温度によって制御され、応力付与部８０の温度が所定の温度から離れるほどビーム品質の変化量は大きくなり得る。このように、コア３２ａにかかる応力は応力付与部８０の温度で制御され、光ファイバ３２の状態が応力によって変化する。これにより、光ファイバ３２内でビーム品質が制御され、所望のビーム品質の光が得られる。

また、例えば、図６にて実線で示すグラフにおいて、所定の温度を例えば３０℃としても、応力付与部８０の温度がこの所定の温度よりも低くなると、応力付与部８０は収縮して引張応力を付与し、応力付与部８０の温度がこの所定の温度よりも高くなると、応力付与部８０は膨張して圧縮応力を付与することになる。従って、所定の温度がどのような値であっても、応力付与部８０の温度が所定の温度に対して変化すると、応力付与部８０が収縮または膨張する。これにより、コア３２ａの屈折率の分布が変化し、コア３２ａを伝搬する光のモードが変化するため、ビーム品質が変化することがわかる。

次に、本実施形態におけるビーム品質制御装置７０の比較例について説明する。

比較例では、ビーム品質制御装置７０が共振器２００の内部に配置される本実施形態とは異なり、ビーム品質制御装置７０は共振器２００の外部に配置される。共振器２００の外部に配置されるビーム品質制御装置７０の一例として、ビーム品質制御装置７０は、共振器２００と出射部６０との間に配置される。上記したように、共振器２００は増幅用光ファイバ３０と第１ＦＢＧ３３と第２ＦＢＧ３４とから構成されているため、比較例におけるビーム品質制御装置７０は、第２ＦＢＧ３４における増幅用光ファイバ３０から最も離れた部位と出射部６０との間に配置されるものとする。

比較例におけるビーム品質制御装置７０の応力付与部８０は、光ファイバ５０の被覆層の外周面を全周に渡って囲い、当該被覆層の外周面に隙間なく密着しており、当該外周面に面接触する。また、応力付与部８０は、収縮によって応力である引張応力を光ファイバ５０のクラッドに付与し、膨張によって応力である圧縮応力を光ファイバ５０のクラッドに付与し得る。また、光ファイバ５０の被覆層は、収縮または膨張し、収縮によって応力である引張応力を光ファイバ５０のクラッドに付与し、膨張によって応力である圧縮応力を光ファイバ５０のクラッドに付与し得る。

次に図７を用いて、比較例における、応力付与部８０の温度と、ビーム品質の変化量との関係の例について説明する。図７は、比較例における、応力付与部８０の温度とビーム品質の変化量との関係の例を示す図である。

ここで、図７にて実線で示すグラフについて説明する。このグラフでは、上記した所定の温度を例えば２５℃としている。従って、この場合では、外力の分布は光ファイバ５０のクラッドの周方向において均一な状態となっており、ビーム品質の変化量は０である。この場合における、応力付与部８０の温度とビーム品質の変化量とについて、以下に説明する。

応力付与部８０の温度が２０℃の場合では応力付与部８０の引張応力によってビーム品質の変化量は０．００３、応力付与部８０の温度が１５℃の場合では応力付与部８０のより大きな引張応力によってビーム品質の変化量は０．０１５、となる結果が得られる。また、応力付与部８０の温度が３０℃の場合では応力付与部８０の圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．００７、応力付与部８０の温度が３５℃の場合では応力付与部８０のより大きな圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０２５、応力付与部８０の温度が４０℃の場合では応力付与部８０の最も大きな圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０４７、となる結果が得られる。

次に、図７にて点線で示すグラフについて説明する。このグラフでは、上記した所定の温度を例えば３５℃としている。従って、この場合では、外力の分布は光ファイバ５０のクラッドの周方向において均一な状態となっており、ビーム品質の変化量は０である。この場合における、応力付与部８０の温度とビーム品質の変化量とについて、以下に説明する。

応力付与部８０の温度が３０℃の場合では応力付与部８０の引張応力によってビーム品質の変化量は０．００３、応力付与部８０の温度が２５℃の場合では応力付与部８０のより大きな引張応力によってビーム品質の変化量は０．０１５、となる結果が得られる。また、応力付与部８０の温度が４０℃の場合では応力付与部８０の圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．００７、応力付与部８０の温度が４５℃の場合では応力付与部８０のより大きな圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０２５、応力付与部８０の温度が５０℃の場合では応力付与部８０の最も大きな圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０４７、となる結果が得られる。

図６にて実線で示す本実施形態におけるグラフと図７にて実線で示す比較例におけるグラフとを比較すると、図６のグラフは、図７のグラフよりも急峻となっている。このため、応力付与部８０の温度が所定の温度に対して本実施形態と比較例とのそれぞれにおいて同じ温度で変化すると、本実施形態におけるビーム品質の変化量は比較例におけるビーム品質の変化量よりも大きくなることがわかる。つまり、本実施形態は、比較例と同じ温度変化であっても、ビーム品質制御装置７０が共振器２００の内部に配置されるため、比較例よりも大きいビーム品質の変化量を得られることがわかる。別言すると、本実施形態は、ビーム品質制御装置７０が共振器２００の内部に配置されるため、比較例よりも少ない温度変化によって、比較例と同じビーム品質の変化量を得られることがわかる。ここでは、図６及び図７それぞれの実線のグラフについて説明したが、図６及び図７それぞれの点線のグラフについても同様に、本実施形態は、比較例と同じ温度変化であっても、比較例よりも大きいビーム品質の変化量を得られることがわかる。

これにより、本実施形態では、比較例と同じ温度変化であっても、比較例よりも、ビーム品質を大きく変化させることができる。また、本実施形態では、比較例と同じビーム品質の光を得る場合、比較例よりも温度変化を少なくすることができるので、短時間で所望のビーム品質の光を得ることができる。

次にレーザ装置１の動作について説明する。

レーザ装置１を使用するための設定段階として、応力付与部８０の温度及び被覆層３２ｃの温度は所定の温度となっており、応力付与部８０及び被覆層３２ｃは、収縮及び膨張しておらず、引張応力または圧縮応力といった応力をクラッド３２ｂに付していない状態として説明する。このため、応力付与部８０及び被覆層３２ｃがクラッド３２ｂに付与する外力の分布は、クラッド３２ｂの周方向において均一な状態となっている。

レーザ装置１を操作する操作者は、切削または溶接といったレーザ装置１の用途を入力部１１３に入力する。入力部１１３は、この用途を温度制御部９０に入力する。制御本体部９１は、記憶部１１５にアクセスし、記憶部１１５に記憶されるテーブルから用途に応じた応力付与部８０の温度を読み出す。制御本体部９１は、応力付与部８０の温度がテーブルから読み出された温度となるように、電源９３の電圧を制御する。電源９３は電圧をペルチェ素子９５に印加し、ペルチェ素子９５の一方の面の温度は上昇または下降し、ペルチェ素子９５の他方の面の温度は一方の面とは逆に下降または上昇する。

応力付与部８０の温度と被覆層３２ｃの温度とがペルチェ素子９５の一方の面の温度下降によって所定の温度よりも低くなると、応力付与部８０及び被覆層３２ｃは、収縮によってクラッド３２ｂを引っ張り、クラッド３２ｂに引張応力を付与する。

応力付与部８０の温度と被覆層３２ｃの温度とがペルチェ素子９５の一方の面の温度上昇によって所定の温度よりも高くなると、応力付与部８０及び被覆層３２ｃは、膨張によってクラッド３２ｂを押圧し、クラッド３２ｂに圧縮応力を付与する。

応力付与部８０及び被覆層３２ｃは、収縮によって応力である引張応力をクラッド３２ｂに付与し、膨張によって応力である圧縮応力をクラッド３２ｂに付与する。応力付与部８０の温度及び被覆層３２ｃの温度が所定の温度よりも低くなればなるほど、圧縮応力は大きくなる。また、応力付与部８０の温度及び被覆層３２ｃの温度が所定の温度よりも高くなればなるほど、引張応力は大きくなる。応力付与部８０の温度及び被覆層３２ｃの温度は、レーザ装置１の用途に応じて制御される。応力付与部８０の温度及び被覆層３２ｃの温度によって、応力付与部８０の応力の大きさ及び被覆層３２ｃの応力の大きさが制御される。

本実施形態では、応力付与部８０の温度及び被覆層３２ｃの温度が変化すると、クラッド３２ｂに付与される応力の大きさが変化し得る。クラッド３２ｂに付与される応力の大きさが変化すると、応力付与部８０及び被覆層３２ｃがクラッド３２ｂに付与する外力が変化し、外力の分布はクラッド３２ｂの周方向において不均一となり得る。これにより、コア３２ａにかかる応力の分布がコア３２ａの周方向において不均一となり、コア３２ａの屈折率の分布が変化し、コア３２ａを伝搬する光のモードが変化し得る。光のモードの変化の度合いは、レーザ装置１の用途に応じて変化する。

上記した設定が終わると、レーザ装置１は以下のように動作する。

それぞれの光源２において、励起光源４０のそれぞれのレーザダイオード４１から励起光が出射する。励起光源４０から出射した励起光は、励起光用光ファイバ４５、光ファイバ３１を介して、増幅用光ファイバ３０の内側クラッドに入射する。増幅用光ファイバ３０の内側クラッドに入射した励起光は主にこの内側クラッドを伝搬して、増幅用光ファイバ３０のコアを通過する際にコアに添加されている活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は自然放出光を放出し、この自然放出光のうち一部の波長の光が第１ＦＢＧ３３により反射され、反射された光のうち第２ＦＢＧ３４が反射する波長の光が第２ＦＢＧ３４で反射される。このため、第１ＦＢＧ３３と第２ＦＢＧ３４との間、すなわち共振器２００内を光が往復し、増幅用光ファイバ３０のコアを伝搬するときの誘導放出により光が増幅され、レーザ発振状態が生じる。このときの光の波長は、例えば１０７０ｎｍとされる。

本実施形態では、ビーム品質制御装置７０は増幅用光ファイバ３０と第２ＦＢＧ３４における増幅用光ファイバ３０から最も離れた部位との間に配置されており、光ファイバ３２のコア３２ａの屈折率の分布はビーム品質制御装置７０によって切断または切削といったレーザ装置１の用途に応じて変化している。このため、光は共振器２００の内部を往復する度にモード変化部７１におけるコア３２ａを伝搬し、コア３２ａにおいて光のモードの数は用途に応じて変化する。従って、例えば、用途に応じて、シングルモードの光がマルチモードの光に変化したり、マルチモードの光のモード数が減ったり、マルチモードの光がシングルモードの光に変化する。光のビーム品質はビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合に比べて大きく変化することができるため、用途に応じた所望のビーム品質の光が得られる。

そして、光のうち一部の光は、第２ＦＢＧ３４を透過して光ファイバ３２から出射する。この光は、光ファイバ２１からコンバイナ２５を介してデリバリ光ファイバ１０のコアに入射する。

本実施形態では、デリバリ光ファイバ１０がマルチモードファイバであれば、デリバリ光ファイバ１０のコアに入射した光は、コアをマルチモードで伝搬する。そして、コアを伝搬する光は、デリバリ光ファイバ１０から光ファイバ５０に伝搬する。このように、励起光により励起される活性元素により増幅される光は、第１ＦＢＧ３３から出射部６０における光ファイバ３１と増幅用光ファイバ３０と光ファイバ３２，２１とデリバリ光ファイバ１０と光ファイバ５０とを伝搬する。光は、用途に応じた所望のビーム品質を備えた状態で、出射部６０から出射されて対象物等に照射される。なお、光ファイバ３２，２１，５０及びデリバリ光ファイバ１０それぞれのコアを伝搬する光のパワーは、例えば、１ｋＷ以上とされる。

以上のように、本実施形態のレーザ装置１は、励起光を出射する励起光源４０と、励起光により励起される活性元素により増幅される光が共振する共振器２００と、共振器２００の内部に配置されるビーム品質制御装置７０と、を備える。ビーム品質制御装置７０は、コア３２ａ及びコア３２ａの外周面を囲うクラッド３２ｂを有する光ファイバ３２と、光ファイバ３２の少なくとも一部であり、コア３２ａを伝搬する光のモードが変化可能なモード変化部７１と、モード変化部７１の状態を変化させて、モードの変化の度合いを変化させる状態変化部７３と、を有する。

このようなレーザ装置１では、光は共振器２００の内部を往復し、ビーム品質制御装置７０は当該共振器２００の内部に配置される。このため、光が共振器２００の内部を往復する度にモード変化部７１におけるコア３２ａにおいて光のモードが変化し得、所望のビーム品質の光を得ることができる。従って、本実施形態のレーザ装置１によれば、ビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合と比べて、ビーム品質を大きく変化させることができ、所望のビーム品質の光を得ることができる。また、レーザ装置１では、モード変化部７１の状態がレーザ装置１の用途に応じて変化すると、光のモードの変化の度合いがレーザ装置１の用途に応じて変化するため、用途に応じた所望のビーム品質の光を得ることができる。

また、状態変化部７３は、モード変化部７１の外周面の少なくとも一部に面接触し、モード変化部７１におけるクラッド３２ｂの熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有する応力付与部８０と、応力付与部８０の温度を変化させる温度制御部９０と、を有する。応力付与部８０は、当該応力付与部８０がクラッド３２ｂに付与する外力の分布がクラッド３２ｂの周方向において不均一となるように、温度制御部９０による応力付与部８０の温度の変化によって収縮または膨張する。

このようなレーザ装置１では、応力付与部８０の温度が温度制御部９０によって変化すると、応力付与部８０は収縮または膨張する。レーザ装置１では、応力付与部８０がクラッド３２ｂに付与する外力がクラッド３２ｂの周方向において不均一に変化するため、コア３２ａにかかる応力の分布がコア３２ａの周方向において不均一となり、コア３２ａの屈折率の分布が変化し、コア３２ａを伝搬する光のモードが変化し得る。また、本実施形態では、被覆層３２ｃが配置されており、被覆層３２ｃによってコア３２ａの屈折率の分布がさらに変化し、コア３２ａを伝搬する光のモードが変化し得る。このコア３２ａにかかる応力を温度で制御することで、所望のビーム品質の光を得ることができる。このように、このレーザ装置１によれば、光ファイバ３２内でビーム品質が制御されるため、振動や環境温度の変化等が生じても、空間内にレンズが配置されることによってビーム品質が制御される場合と比べて、安定的に所望のビーム品質の光を得ることができる。

また、上記のようにレーザ装置１では、光は共振器２００の内部を往復し、ビーム品質制御装置７０は当該共振器２００の内部に配置される。このため、本実施形態のレーザ装置１によれば、ビーム品質制御装置が共振器２００の外部に配置される場合と比べて、光がビーム品質制御装置７０を一回通過する際における光のモードの変化の度合いが小さくても、レーザ装置１から出射される光のビーム品質の変化量を、ビーム品質制御装置が共振器２００の外部に配置される場合におけるビーム品質の変化量と同じにすることができる。このため、レーザ装置１から出射されるビーム品質を所定の状態から別の状態に変化させる場合、本実施形態のレーザ装置１のモード変化部７１の状態の変化量は、ビーム品質制御装置が共振器２００の外部に配置される場合のモード変化部の状態の変化量よりも小さくて済む。これにより、本実施形態のレーザ装置１によれば、ビーム品質制御装置が共振器２００の外部に配置される場合と比べて、モード変化部７１の状態の変化の時間を短くでき、短時間で所望のビーム品質の光に変化させることができる。

また、ビーム品質制御装置７０が本実施形態のように共振器２００の内部に配置される場合におけるビーム品質の変化量を、共振器２００の外部に配置されるビーム品質制御装置によって得ようとする場合、共振器２００の内部に配置されるビーム品質制御装置に比べて、共振器２００の外部に配置されるビーム品質制御装置の数が増えたり、モード変化部７１における光ファイバ３２の長さが長くなる等の懸念がある。このため、共振器２００の外部に配置されるビーム品質制御装置７０には、大型化や高コスト化等となる懸念がある。しかし、本実施形態のビーム品質制御装置７０は共振器２００の内部に配置されるため、このようなビーム品質制御装置７０の大型化や高コスト化等が抑制される。従って、レーザ装置１全体も、大型化や高コスト化等が抑制される。

また、本実施形態では、状態変化部７３は、主面上に応力付与部８０が配置され、温度制御部９０に熱的に接続される板状の熱伝導部材１１１をさらに備え、熱伝導部材１１１は、温度制御部９０と応力付与部８０との間において熱を伝導する。

温度制御部９０が発熱する場合、温度制御部９０の熱は、熱伝導部材１１１の平面方向において熱伝導部材１１１全体に渡って伝導され易くなり、熱伝導部材１１１から熱伝導部材１１１の主面上の応力付与部８０に伝導され易くなり得る。また、温度制御部９０が吸熱する場合、応力付与部８０の熱は、熱伝導部材１１１の平面方向において熱伝導部材１１１全体に渡って伝導され易くなり、応力付与部８０から熱伝導部材１１１に伝導され易くなり得る。これにより、応力付与部８０の温度は変化し易くなり、応力付与部８０の応力の大きさは応力付与部８０の温度によって変化し易くなり得る。従って、このレーザ装置１によれば、熱伝導部材１１１が配置されていない場合に比べて、応力付与部８０の応力の大きさを変化させ易くすることができる。

また、本実施形態では、温度制御部９０は、熱伝導部材１１１が配置されるペルチェ素子９５を有する。

一般的に、ペルチェ素子９５において電流が所定の方向に流れると、ペルチェ素子９５の一方の面の温度は上昇し、他方の面の温度は下降する。この場合において、熱伝導部材１１１が一方の面に配置されると、熱は一方の面から熱伝導部材１１１を介して応力付与部８０に伝達され、応力付与部８０の温度はペルチェ素子９５によって上昇する。また、電流が上記とは逆の方向に流れると、一方の面の温度は下降し、他方の面の温度は上昇する。この場合において、熱伝導部材１１１が一方の面に配置されると、熱は応力付与部８０から熱伝導部材１１１を介してペルチェ素子９５に伝達され、応力付与部８０の温度はペルチェ素子９５によって下降する。このように、応力付与部８０の温度はペルチェ素子９５によって変化し、応力付与部８０の応力の大きさは応力付与部８０の温度によって制御され得る。従って、このレーザ装置１によれば、ペルチェ素子９５によって応力付与部８０の応力の大きさを変えることができる。

また、本実施形態では、応力付与部８０は、光ファイバ３２の外周面に面接触する接触面と接触面から離れている応力付与部８０の外周面との間の厚みが不均一な樹脂から成る。

この場合、樹脂の温度が変化することで、クラッド３２ｂに付与される外力の大きさにばらつきが生じ、コア３２ａにかかる応力の分布はコア３２ａの周方向において不均一となり得る。

また、本実施形態では、樹脂の温度が所定の温度よりも低い場合に、樹脂は、収縮してクラッド３２ｂに引張応力を付与し、樹脂の温度が所定の温度よりも高い場合に、樹脂は、膨張してクラッド３２ｂに圧縮応力を付与する。

この場合、温度制御部９０は、樹脂の温度を制御することによって樹脂の収縮または膨張を制御し得、樹脂の収縮または膨張によって応力を制御し得る。

また、本実施形態では、レーザ装置１は、レーザ装置１の用途を温度制御部９０に入力する入力部１１３と、用途に応じた応力付与部８０の温度を記憶する記憶部１１５と、をさらに備え、温度制御部９０は、入力部１１３から用途が入力される場合、記憶部１１５から読み出した応力付与部８０の温度に基づいて、応力付与部８０の温度を制御する。

この場合、レーザ装置１は、光のモードの変化の度合いがレーザ装置１の用途に応じて変化するため、各用途に適したビーム品質の光を対象物に照射することができる。これにより、各用途に適したビーム品質の光が対象物に照射されない場合に比べて、レーザ装置１の加工速度や加工品質等の加工性能が向上し得る。

また、本実施形態では、共振器２００は、活性元素が添加される増幅用光ファイバ３０と、増幅用光ファイバ３０の一方側に設けられ、活性元素により増幅される光の少なくとも一部の波長の光を反射する第１ＦＢＧ３３と、増幅用光ファイバ３０の他方側に設けられ、第１ＦＢＧ３３が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を第１ＦＢＧ３３より低い反射率で反射する第２ＦＢＧ３４と、を有する。

この場合、共振器２００は増幅用光ファイバ３０と第１ＦＢＧ３３と第２ＦＢＧ３４とから構成されており、ビーム品質制御装置７０の状態変化部７３は第１ＦＢＧ３３における増幅用光ファイバ３０から最も離れた部位と第２ＦＢＧ３４における増幅用光ファイバ３０から最も離れた部位との間に配置される。

また、本実施形態では、ビーム品質制御装置７０は、増幅用光ファイバ３０と第２ＦＢＧ３４における増幅用光ファイバ３０から最も離れた部位との間に配置される。

第２ＦＢＧ３４は、光ファイバ３２のクラッドで囲まれるコアの屈折率よりも高い屈折率の高屈折率部とコアの屈折率と同等の屈折率の低屈折率部とが交互に繰り返される構成である。第２ＦＢＧ３４における増幅用光ファイバ３０から最も離れた部位は、第２ＦＢＧ３４における増幅用光ファイバ３０から最も離れた高屈折率部である。

増幅用光ファイバ３０と第２ＦＢＧ３４における増幅用光ファイバ３０から最も離れた部位との間における光のパワー密度は、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間における他の部位における光のパワー密度よりも高い。従って、ビーム品質制御装置７０は、増幅用光ファイバ３０と第２ＦＢＧ３４における増幅用光ファイバ３０から最も離れた部位との間に配置される場合、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間における他の部位に配置される場合に比べて、ビーム品質をより大きく変化させることができ、出射部６０から出射する光のビーム品質を所望のビーム品質により近づけることができる。

なお、応力付与部８０は、第２ＦＢＧ３４が位置する部分における光ファイバ３２の被覆層３２ｃの外周面を全周に渡って囲い、当該被覆層３２ｃの外周面に隙間なく密着しており、当該外周面に面接触してもよい。応力付与部８０によって囲まれる光ファイバ３２がモード変化部７１であるため、第２ＦＢＧ３４はモード変化部７１における光ファイバ３２に設けられることになる。

なお、本実施形態では、上記説明と異なり、図８に示すように、ビーム品質制御装置７０は、増幅用光ファイバ３０と第１ＦＢＧ３３における増幅用光ファイバ３０から最も離れた部位との間に配置されてもよい。

第１ＦＢＧ３３は、光ファイバ３１のクラッドで囲まれるコアの屈折率よりも高い屈折率の高屈折率部とコアの屈折率と同等の屈折率の低屈折率部とが交互に繰り返される構成である。第１ＦＢＧ３３における増幅用光ファイバ３０から最も離れた部位は、第１ＦＢＧ３３における増幅用光ファイバ３０から最も離れた高屈折率部である。

増幅用光ファイバ３０と第１ＦＢＧ３３における増幅用光ファイバ３０から最も離れた部位との間における光のパワー密度は、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間における他の部位におけるパワー密度よりも低い。従って、ビーム品質制御装置７０は、増幅用光ファイバ３０と第１ＦＢＧ３３における増幅用光ファイバ３０から最も離れた部位との間に配置されると、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間における他の部位に配置される場合に比べて、ビーム品質制御装置７０の光ファイバでの発熱を抑え得る。このため、ビーム品質制御装置７０の損傷を抑制し得る。この場合、ビーム品質制御装置７０のモード変化部７１における光ファイバは、光ファイバ３１である。また、第１ＦＢＧ３３は、モード変化部７１における光ファイバ３１に設けられることとなる。

なお、応力付与部８０は、第１ＦＢＧ３３が位置する部分における光ファイバ３１の被覆層の外周面を全周に渡って囲い、当該被覆層の外周面に隙間なく密着しており、当該外周面に面接触してもよい。応力付与部８０によって囲まれる光ファイバ３１がモード変化部７１であるため、第１ＦＢＧ３３はモード変化部７１における光ファイバ３１に設けられることになる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図９を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図９は、本実施形態にかかるビーム品質制御装置７０を示す図である。本実施形態では温度制御部９０の構成が第１実施形態のそれとは異なり、ビーム品質制御装置７０が枠部材１１７をさらに備える点が第１実施形態のそれとは異なる。

本実施形態の温度制御部９０は、制御本体部９１と、ヒートポンプ９７と、流路部９９とを有する。

ヒートポンプ９７は、制御本体部９１の制御によって、流路部９９を流れる流体を冷却または加熱する。ヒートポンプ９７の温度は、制御本体部９１によって制御される。

流路部９９は、熱伝導部材１１１を貫通しており、光ファイバ３２の直下に配置されている。流路部９９は、熱伝導部材１１１に熱的に接続されている。流路部９９は、例えば、パイプなどの管である。流路部９９には流体が流れており、この流体は例えば液体である。流路部９９は、熱伝導部材１１１の外部に延びており、熱伝導部材１１１の外部においてヒートポンプ９７に熱的に接続されている。流体の温度は、ヒートポンプ９７からの熱によって変化する。

また、本実施形態のビーム品質制御装置７０は、例えば、金属から成る枠部材１１７をさらに備える。枠部材１１７は、熱伝導部材１１１に載置されており、熱伝導部材１１１に熱的に接続されている。

枠部材１１７の断面は凹状となっており、応力付与部８０及び光ファイバ３２は凹状の枠部材１１７の内部に配置されている。光ファイバ３２を全周に渡って囲う応力付与部８０は、枠部材１１７の内周面に接触しており、枠部材１１７に熱的に接続されている。枠部材１１７は、樹脂である応力付与部８０を囲う。枠部材１１７は、応力付与部８０の少なくとも一部を囲っていればよい。枠部材１１７の凹状の断面における内側側面の高さは、光ファイバ３２の直径よりも長くされている。枠部材１１７は、応力付与部８０を光ファイバ３２に固定する。枠部材１１７の熱膨張係数は、応力付与部８０の熱膨張係数よりも小さくされている。また、応力付与部８０が膨張する場合、枠部材１１７は枠部材１１７に向かう応力付与部８０の広がりを抑制している。

本実施形態では、上記したように、温度制御部９０は、ヒートポンプ９７と、ヒートポンプ９７によって温度が変化する流体が流れ、熱伝導部材１１１を貫通し、流体によって応力付与部８０の温度を変化させる流路部９９とを有する。

この場合、応力付与部８０は、枠部材１１７と熱伝導部材１１１とを介して流路部９９に熱的に接続されている。ヒートポンプ９７が冷却または加熱によって流体の温度を制御すると、応力付与部８０の温度は熱伝導部材１１１を介して流体によって変化し、応力付与部８０の応力の大きさは応力付与部８０の温度によって制御され得る。従って、このレーザ装置１によれば、流路部９９によって応力付与部８０の応力の大きさを制御することができる。

また、本実施形態では、ビーム品質制御装置７０は、応力付与部８０の少なくとも一部を囲う枠部材１１７をさらに備え、枠部材１１７の熱膨張係数は、応力付与部８０の熱膨張係数よりも小さくされている。

この場合、応力付与部８０は、膨張すると枠部材１１７に向かう広がりを枠部材１１７によって抑制されるため、枠部材１１７が配置されていない場合に比べてクラッド３２ｂに向かって強い外力でクラッド３２ｂを押圧し得る。これにより応力付与部８０は、枠部材１１７が配置されていない場合に比べて、大きい圧縮応力をクラッド３２ｂに付与することができる。

また、本実施形態では、枠部材１１７は、金属から成る。

一般的に、熱は、金属を伝導し易いため、枠部材１１７を介して応力付与部８０に伝導され易くなり得る。従って、このレーザ装置１によれば、枠部材１１７が配置されていない場合に比べて、応力付与部８０の応力を早く変化させることができる。

なお、流体の熱は、熱伝導部材１１１を介して枠部材１１７にも伝導される。枠部材１１７の熱膨張係数は、応力付与部８０の熱膨張係数よりも低くされている。このため、熱による枠部材１１７の収縮または膨張は、応力付与部８０の収縮または膨張にほとんど影響を与えない。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１０を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図１０は、本実施形態にかかるビーム品質制御装置７０を示す図である。本実施形態では応力付与部８０の構成が第１実施形態のそれとは異なる。

本実施形態の応力付与部８０は、板部材８１と、板部材８１に立設される一対の壁部材８３とを有する。

板部材８１は、例えば、銅などの金属から成る。板部材８１は、ペルチェ素子９５に載置されており、ペルチェ素子９５に熱的に接続されている。板部材８１は、ペルチェ素子９５から伝導される熱によって、一対の壁部材８３の並び方向において収縮または膨張する。板部材８１の熱膨張係数は、クラッド３２ｂの熱膨張係数よりも大きくされている。板部材８１は、第１実施形態の熱伝導部材１１１であってもよい。

壁部材８３は、例えば、金属から成る。壁部材８３は、板部材８１に固定されている。光ファイバ３２は、一対の壁部材８３に挟み込まれており、壁部材８３に接触している。

板部材８１の温度がある所定の温度となっている状態では、板部材８１は収縮及び膨張しておらず、壁部材８３は光ファイバ３２を挟み込んで光ファイバ３２に接触しているのみである。従って、板部材８１は、圧縮応力といった応力を壁部材８３介してクラッド３２ｂに付していない状態となっている。このような場合、応力付与部８０がクラッド３２ｂに付与する外力の分布は、クラッド３２ｂの周方向において均一な状態となっている。

例えば、温度制御部９０のペルチェ素子９５の一方の面の温度が下降し、他方の面の温度が上昇すると、板部材８１の熱は熱伝導部材１１１を介してペルチェ素子９５に伝導される。これにより、板部材８１の温度は所定の温度よりも下降し、板部材８１は、所定の温度時に比べて収縮する。また、本実施形態では、板部材８１の熱膨張係数がクラッド３２ｂの熱膨張係数よりも大きいため、板部材８１は、クラッド３２ｂよりも大きく収縮する。このとき、板部材８１は、一対の壁部材８３の並び方向において収縮する。これにより、一対の壁部材８３は、互いに向かって近づく。そして、一対の壁部材８３は、クラッド３２ｂの径方向における両側からクラッド３２ｂを押圧し、クラッド３２ｂに圧縮応力を付与し得る。

例えば、温度制御部９０のペルチェ素子９５の一方の面の温度が上昇し、他方の面の温度が下降すると、ペルチェ素子９５の熱は熱伝導部材１１１を介して板部材８１に伝導される。これにより板部材８１の温度は収縮時の温度よりも上昇し、板部材８１は、収縮時に比べて膨張する。また、本実施形態では、板部材８１の熱膨張係数がクラッド３２ｂの熱膨張係数よりも大きいため、板部材８１は、クラッド３２ｂよりも大きく膨張する。このとき、板部材８１は、一対の壁部材８３の並び方向において膨張する。これにより、一対の壁部材８３は、互いに向かって離れる。そして、一対の壁部材８３は、収縮時における圧縮応力の付与を解放し得る。

このように一対の壁部材８３は、収縮によってクラッド３２ｂにクラッド３２ｂの径方向における両側から応力である圧縮応力を付与し、膨張によって圧縮応力の付与を解放し得る。これにより、コア３２ａにかかる応力の分布はコア３２ａの周方向において不均一となり、コア３２ａを伝搬する光のモードが変化し得る。このコア３２ａにかかる応力を温度で制御することで、所望のビーム品質の光を得ることができる。このように、このレーザ装置１では、光ファイバ３２内でビーム品質を制御させるため、振動や環境温度の変化等が生じても、空間内にレンズが配置されることでビーム品質が制御される場合と比べて、安定的に所望のビーム品質の光を得ることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１１を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図１１は、第４実施形態におけるビーム品質制御装置７０を示す図である。本実施形態では、ビーム品質制御装置７０の構成が第１実施形態のビーム品質制御装置７０のそれとは異なる。

本実施形態では、光ファイバ３２の一端と他端との間の光ファイバ３２の一部は巻回しており、モード変化部７１は光ファイバ３２の巻回部である。本実施形態では、モード変化部７１の光ファイバ３２において、光ファイバ３２のコア３２ａの光ファイバ３２のクラッド３２ｂに対する比屈折率差は、小さいほど好ましく、例えば０．１２％以下であることがより好ましい。

本実施形態では、状態変化部７３は、モード変化部７１における巻回している光ファイバ３２の巻きの径の大きさを変化させる。このような状態変化部７３は、固定部１６１と、可動部の一部であるホルダ１６３と、可動部の他の一部である移動ローラ１６５と、固定ローラ１６７とを有する。固定部１６１は、モード変化部７１における光ファイバ３２よりも励起光源４０側における光ファイバ３２の一部をレーザ装置１の所定の位置に固定する。固定部１６１は、例えば、レーザ装置１に固定されるクリップなどの留め具である。ホルダ１６３は、モード変化部７１における光ファイバ３２よりも出射部６０側における光ファイバ３２の一部を保持する。ホルダ１６３は、光ファイバ３２を保持した状態で光ファイバ３２の長手方向において固定部１６１に向かって離れる方向にまたは固定部１６１に近づく方向に移動可能な部材である。移動ローラ１６５は、ホルダ１６３よりも出射部６０側における光ファイバ３２の一部を巻回した状態で、光ファイバ３２の長手方向において固定部１６１に向かって離れる方向にまたは固定部１６１に近づく方向に移動する。移動ローラ１６５の移動方向はホルダ１６３の移動方向と同じ方向であり、移動ローラ１６５の移動量はホルダ１６３の移動量と同じある。また、移動ローラ１６５は、ホルダ１６３の移動と同じタイミングで移動する。固定ローラ１６７は、移動ローラ１６５よりも出射部６０側における光ファイバ３２の一部を巻回する。固定ローラ１６７は、レーザ装置１に固定される。第２ＦＢＧ３４は、固定ローラ１６７から出射部６０側に向かって引き出される光ファイバ３２に設けられる。

本実施形態の記憶部１１５は、レーザ装置１の用途と用途に対応するホルダ１６３及び移動ローラ１６５の移動量及び移動方向との関係を示すテーブルを記憶している。

本実施形態の制御本体部９１は、ビーム品質制御装置７０を搭載するレーザ装置１の用途を入力部１１３から入力されると、記憶部１１５にアクセスし、記憶部１１５に記憶されるテーブルからレーザ装置１の用途に応じたホルダ１６３の移動量及び移動方向を読み出す。制御本体部９１は、読み出した移動量及び移動方向を基にホルダ１６３及び移動ローラ１６５の移動量及び移動方向を制御する。

ホルダ１６３及び移動ローラ１６５の移動量及び移動方向はレーザ装置１の用途に応じて変化し、ホルダ１６３及び移動ローラ１６５は移動量及び移動方向によってモード変化部７１における光ファイバ３２の巻きの径の大きさを変える。巻きの径の大きさが用途に応じて変化すると、光ファイバ３２を伝搬する高次モードの光が光ファイバ３２の外部に漏洩し、光ファイバ３２のコアにおいて光のモードの数は用途に応じて変化する。従って、例えば、用途に応じて、マルチモードの光がシングルモードの光に変化したり、マルチモードの光のモードの数が減る。従って、光のビーム品質は所望の値に制御されるため、用途に応じた所望のビーム品質の光が得られる。

本実施形態のレーザ装置１では、状態変化部７３によってモード変化部７１における光ファイバ３２の巻きの径の大きさが変化するため、レーザ装置１から出射する光のビーム品質を所望の値に制御することができる。また、本実施形態では、光ファイバ３２の巻きの径の大きさが変わり、光が共振器２００の内部を往復するため、ビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合と比べて、ビーム品質をより大きく変化させることができ、所望のビーム品質の光を得ることができる。

また、上記のようにレーザ装置１では、光は共振器２００の内部を往復し、ビーム品質制御装置７０は当該共振器２００の内部に配置される。このため、レーザ装置１から出射されるビーム品質を所定の状態から別の状態に変化させる場合、本実施形態のレーザ装置１のモード変化部７１における光ファイバ３２の巻きの径の変化量は、ビーム品質制御装置が共振器２００の外部に配置される場合のモード変化部における光ファイバの巻きの径の変化量よりも小さくて済む。これにより、本実施形態のレーザ装置１によれば、ビーム品質制御装置が共振器２００の外部に配置される場合と比べて、モード変化部７１の状態の変化の時間を短くでき、短時間で所望のビーム品質の光に変化させることができる。

また、本実施形態では、ホルダ１６３が固定部１６１から離れる方向に移動すると、モード変化部７１における光ファイバ３２の巻きの径の大きさが、移動前に比べて小さくなる。このとき、ホルダ１６３と移動ローラ１６５との間における光ファイバ３２は、光ファイバ３２を保持するホルダ１６３の移動によって撓もうとする。しかし、本実施形態では、移動ローラ１６５は、ホルダ１６３と共に固定部１６１から離れる方向にホルダ１６３の移動量と同じ移動量で移動する。このため、ホルダ１６３と移動ローラ１６５との間における光ファイバ３２の撓みは抑制され、光ファイバ３２は移動ローラ１６５及び固定ローラ１６７に撓まずに巻回され続ける。ところで、撓みが発生してしまうと、撓んだ光ファイバ３２は、ホルダ１６３、移動ローラ１６５及び固定ローラ１６７の周辺に配置される図示しない周辺部品に接触して、接触によって損傷する懸念がある。しかし、本実施形態では、光ファイバ３２の撓みが抑制されるため、接触による光ファイバ３２の損傷が抑制される。また、光ファイバ３２は光ファイバ２１に接続されており、光ファイバ２１はレーザ装置１に固定される。本実施形態では、光ファイバ３２の撓みが抑制されるため、光ファイバ３２の撓み部分における光の漏れが抑制された状態で光は光ファイバ２１に入射する。従って、本実施形態では、光ファイバ３２の撓みによる光ファイバ２１への影響が抑制される。

また、本実施形態では、ホルダ１６３が固定部１６１に近づく方向に移動すると、モード変化部７１における光ファイバ３２の巻きの径の大きさが、移動前に比べて大きくなる。このとき、ホルダ１６３と移動ローラ１６５との間における光ファイバ３２は、光ファイバ３２を保持するホルダ１６３の移動によってモード変化部７１に向かって引っ張られようとする。しかし、本実施形態では、移動ローラ１６５は、ホルダ１６３と共に固定部１６１に近づく方向にホルダ１６３の移動量と同じ移動量で移動する。このため、ホルダ１６３と移動ローラ１６５との間における光ファイバ３２はホルダ１６３の移動による引張を抑制され、引張による光ファイバ３２の破断は抑制され、光ファイバ３２は移動ローラ１６５及び固定ローラ１６７に破断せずに巻回され続ける。また、光ファイバ３２は光ファイバ２１に接続されており、光ファイバ２１はレーザ装置１に固定される。本実施形態では、光ファイバ３２の引張が抑制されるため、光ファイバ２１の引張が抑制され、引張による光ファイバ２１の破断が抑制され、引張による光ファイバ２１と光ファイバ３２との分離が抑制される。

本実施形態では、第２ＦＢＧ３４は、モード変化部７１における光ファイバ３２の巻き部よりも出射部６０側における光ファイバ３２に設けられていればよい。例えば、第２ＦＢＧ３４は、モード変化部７１における光ファイバ３２の巻き部、モード変化部７１における光ファイバ３２の巻き部とホルダ１６３との間における光ファイバ３２、ホルダ１６３と移動ローラ１６５との間における光ファイバ３２、移動ローラ１６５に巻かれている光ファイバ３２、移動ローラ１６５と固定ローラ１６７との間における光ファイバ３２、または固定ローラ１６７に巻かれている光ファイバ３２のいずれかに設けられてもよい。

本実施形態では、可動部は、ホルダ１６３と移動ローラ１６５とを備えているが、これに限定される必要はない。可動部は、移動ローラ１６５のみを備えていてもよい。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図１２を参照して詳細に説明する。なお、第４実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図１２は、第５実施形態のビーム品質制御装置７０を示す図である。本実施形態では、ビーム品質制御装置７０の構成が第４実施形態のビーム品質制御装置７０のそれとは異なる。

本実施形態では、増幅用光ファイバ３０の一端と他端との間の増幅用光ファイバ３０の一部は巻回しており、増幅用光ファイバ３０は、ビーム品質制御装置７０における光ファイバである。

本実施形態では、状態変化部７３は、モード変化部７１における巻回している増幅用光ファイバ３０の巻きの径の大きさを変化させる。このような状態変化部７３において、固定部１６１は、モード変化部７１における増幅用光ファイバ３０よりも励起光源４０側における増幅用光ファイバ３０の一部をレーザ装置１の所定の位置に固定する。ホルダ１６３は、モード変化部７１における増幅用光ファイバ３０よりも出射部６０側における増幅用光ファイバ３０の一部を保持する。ホルダ１６３は、増幅用光ファイバ３０を保持した状態で、増幅用光ファイバ３０の長手方向において固定部１６１に向かって離れる方向にまたは固定部１６１に近づく方向に移動可能である。移動ローラ１６５は、ホルダ１６３よりも出射部６０側における増幅用光ファイバ３０の一部を巻回する。このような移動ローラ１６５は、増幅用光ファイバ３０を巻回した状態で、増幅用光ファイバ３０の長手方向において固定部１６１に向かって離れる方向にまたは固定部１６１に近づく方向に移動する。固定ローラ１６７は、移動ローラ１６５よりも出射部６０側における増幅用光ファイバ３０の一部を巻回する。

ホルダ１６３及び移動ローラ１６５の移動量及び移動方向はレーザ装置１の用途に応じて変化し、ホルダ１６３及び移動ローラ１６５は移動量及び移動方向によってモード変化部７１における増幅用光ファイバ３０の巻きの径の大きさを変える。巻きの径の大きさが用途に応じて変化すると、増幅用光ファイバ３０を伝搬する高次モードの光が光ファイバ３２の外部に漏洩し、増幅用光ファイバ３０のコアにおいて光のモードの数は用途に応じて変化する。従って、例えば、用途に応じて、マルチモードの光がシングルモードの光に変化したり、マルチモードの光のモードの数が減る。従って、光のビーム品質が所望の値に制御されるため、用途に応じた所望のビーム品質の光が得られる。

本実施形態のレーザ装置１では、状態変化部７３によってモード変化部７１における増幅用光ファイバ３０の巻きの径の大きさが変化するため、レーザ装置１から出射する光のビーム品質を所望の値に制御することができる。また、本実施形態では、増幅用光ファイバ３０の巻きの径の大きさが変わり、光が共振器２００の内部を往復するため、ビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合と比べて、ビーム品質をより大きく変化させることができ、所望のビーム品質の光を得ることができる。

また、上記のようにレーザ装置１では、光は共振器２００の内部を往復し、ビーム品質制御装置７０は当該共振器２００の内部に配置される。このため、レーザ装置１から出射されるビーム品質を所定の状態から別の状態に変化させる場合、本実施形態のレーザ装置１のモード変化部７１における増幅用光ファイバ３０の巻きの径の変化量は、ビーム品質制御装置が共振器２００の外部に配置される場合のモード変化部における光ファイバの巻きの径の変化量よりも小さくて済む。これにより、本実施形態のレーザ装置１によれば、ビーム品質制御装置が共振器２００の外部に配置される場合と比べて、モード変化部７１の状態の変化の時間を短くでき、短時間で所望のビーム品質の光に変化させることができる。

また、本実施形態では、ホルダ１６３が固定部１６１から離れる方向に移動すると、モード変化部７１における増幅用光ファイバ３０の巻きの径の大きさが、移動前に比べて小さくなる。このとき、増幅用光ファイバ３０は、ホルダ１６３の移動によって撓もうとする。しかし、本実施形態のホルダ１６３及び移動ローラ１６５は、第４実施形態におけるホルダ１６３及び移動ローラ１６５と同様に移動する。従って、増幅用光ファイバ３０の撓みは抑制され、図示しない周辺部品との接触による増幅用光ファイバ３０の損傷が抑制される。

また、本実施形態では、ホルダ１６３が固定部１６１に近づく方向に移動すると、モード変化部７１における増幅用光ファイバ３０の巻きの径の大きさが、移動前に比べて大きくなる。このとき、増幅用光ファイバ３０は、ホルダ１６３の移動によってモード変化部７１に向かって引っ張られようとする。しかし、本実施形態のホルダ１６３及び移動ローラ１６５は、第４実施形態におけるホルダ１６３及び移動ローラ１６５と同様に移動する。従って、増幅用光ファイバ３０はホルダ１６３の移動による引張を抑制され、引張による増幅用光ファイバ３０の破断は抑制される。

（第６実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１３を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図１３は、本実施形態のレーザ装置１を示す図である。本実施形態のレーザ装置１は、光源２と、光ファイバ５０と、出射部６０とを備える。

光源２は、励起光源４０と、励起光用光ファイバ４５と、共振器２００とを備える。本実施形態の光源２では、共振器２００が、リング型となっている点において、第１実施形態のファブリ・ペロー型の共振器２００と異なる。

本実施形態の共振器２００は、光ファイバ３１と、増幅用光ファイバ３０と、ビーム品質制御装置７０と、コンバイナ１２１と、光アイソレータ１２３と、バンドパスフィルタ１２５と、出力カプラ１２７と、を備える。

光ファイバ３１の一端は、増幅用光ファイバ３０の一端に接続される。増幅用光ファイバ３０の他端は光ファイバ３２の一端に接続され、当該光ファイバ３２の他端は光アイソレータ１２３の入射端に接続される。光アイソレータ１２３の出射端は上記した光ファイバ３２とは別の光ファイバ３２の一端に接続され、当該光ファイバ３２の他端はバンドパスフィルタ１２５の入射端に接続される。バンドパスフィルタ１２５の出射端は上記した光ファイバ３２とはさらに別の光ファイバ３２の一端に接続され、当該光ファイバ３２の他端は増幅用光ファイバ３０に接続される光ファイバ３１の他端に接続される。こうして、図１３に示すようにリング型の共振器が構成されている。一端が光ファイバ３１に接続され他端がバンドパスフィルタ１２５の出射端に接続される光ファイバ３２の少なくとも一部はモード変化部７１であり、当該光ファイバ３２には応力付与部８０が配置される。

コンバイナ１２１において、光ファイバ３１の内側クラッドに励起光用光ファイバ４５のコアが接続されている。これにより、励起光源４０と接続される励起光用光ファイバ４５と増幅用光ファイバ３０の内側クラッドとは、光ファイバ３１の内側クラッドを介して、光学的に結合される。また、コンバイナ１２１において、光ファイバ３１のコアに光ファイバ３２のコアが接続されている。

光アイソレータ１２３は、バンドパスフィルタ１２５側から光アイソレータ１２３を介して増幅用光ファイバ３０側への光の戻りを抑制する。

バンドパスフィルタ１２５は、バンドパスフィルタ１２５を通過する光の波長の帯域を制限する。バンドパスフィルタ１２５では、例えば、出射部６０から出射される光の波長とは異なる波長の光が制限される。出射部６０から出射される光の波長は、例えば１０７０ｎｍとされる。

出力カプラ１２７では、出射部６０に接続される光ファイバ５０のコアがバンドパスフィルタ１２５の出射端に接続される光ファイバ３２のコアに光学的に接続されている。このため、バンドパスフィルタ１２５からの光の一部は光ファイバ５０のコアに伝搬し、光の他の一部は光ファイバ３２のコアに伝搬する。

次にレーザ装置１の動作について説明する。

励起光源４０から出射される励起光は、励起光用光ファイバ４５のコア及び光ファイバ３１の内側クラッドを介して増幅用光ファイバ３０の内側クラッドに入射する。増幅用光ファイバ３０の内側クラッドに入射した励起光は主にこの内側クラッドを伝搬して、増幅用光ファイバ３０のコアを通過する際にコアに添加されている活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は自然放出光を放出し、この自然放出光のうち一部の波長の光は、光ファイバ３２のコア３２ａに入射し、光アイソレータ１２３とバンドパスフィルタ１２５とを介して出力カプラ１２７に伝搬する。光アイソレータ１２３において、バンドパスフィルタ１２５側から光アイソレータ１２３を介して増幅用光ファイバ３０側への光の戻りが抑制される。また、バンドパスフィルタ１２５において、バンドパスフィルタ１２５を通過する光の波長の帯域は、制限される。帯域制限された光の一部は、出力カプラ１２７からビーム品質制御装置７０に伝搬する。そして光は、ビーム品質制御装置７０の光ファイバ３２のコア３２ａから光ファイバ３１のコアに伝搬し、共振器２００内を周回する。光が共振器２００内を周回すると、バンドパスフィルタ１２５で帯域制限された光により、増幅用光ファイバ３０の活性元素は誘導放出を起こす。この誘導放出により光が所定の波長帯域で増幅され、増幅された光が光ファイバ３２を伝搬する。

ビーム品質制御装置７０において、状態変化部７３はモード変化部７１である光ファイバ３２の状態を変化させる。これにより、光ファイバ３２のコア３２ａの屈折率の分布は、切断または切削といったレーザ装置１の用途に応じて変化する。共振器２００内を周回する光がビーム品質制御装置７０のモード変化部７１における光ファイバ３２のコア３２ａを伝搬する度に、コア３２ａにおいて光のモードの数は用途に応じて変化する。従って、例えば、用途に応じて、シングルモードの光がマルチモードの光に変化したり、マルチモードの光のモード数が減ったり、マルチモードの光がシングルモードの光に変化する。光のビーム品質はビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合に比べて大きく変化することができるため、用途に応じた所望のビーム品質の光が得られる。そして、光の一部は、用途に応じた所望のビーム品質を備えた状態で出力カプラ１２７から光ファイバ５０のコアに入射され、光ファイバ５０のコアを伝搬し、出射部６０から対象物等に照射される。また、光の他の一部は、共振器２００内を周回する。

上記したように、レーザ装置１では、光は共振器２００内を周回し、状態変化部７３はモード変化部７１である光ファイバ３２の状態を変化させる。このため、光が共振器２００内を周回する度にモード変化部７１における光ファイバ３２のコア３２ａを伝搬すると、コア３２ａにおいて、光のモードが変化し得、所望のビーム品質の光を得ることができる。従って、本実施形態のレーザ装置１では、光が共振器２００内を周回する度にモード変化部７１におけるコアを伝搬するため、ビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合と比べて、ビーム品質をより大きく変化させることができ、所望のビーム品質の光を得ることができる。

また、本実施形態のレーザ装置１によれば、第１実施形態において短時間で所望のビーム品質の光を得ることと同様に、短時間で所望のビーム品質の光を得ることができる。また、本実施形態のレーザ装置１においても、第１実施形態のレーザ装置１と同様にして、大型化や高コスト化等が抑制される。

また、ビーム品質制御装置７０の増幅用光ファイバ３０は巻回して配置されるため、巻回している増幅用光ファイバ３０と同じ長さを有する増幅用光ファイバが直線状に配置されている場合に比べて、レーザ装置１が小型化され得る。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について図１４を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図１４は、本実施形態のレーザ装置１を示す図である。本実施形態のレーザ装置１は、光源２と、光ファイバ５０と、出射部６０とを備える。

本実施形態の光源２は、固体レーザ装置から成る点において、第１実施形態のファイバレーザ装置から成る光源２と異なる。

光源２は、励起光源４０と、全反射ミラー１４１と、集光レンズ１４３と、増幅用媒体１４５と、コリメートレンズ１４７と、集光レンズ１４９と、ビーム品質制御装置７０と、コリメートレンズ１５１と、部分反射ミラー１５３と、集光レンズ１５５とを主な構成として備える。

全反射ミラー１４１では、励起光源４０から出射される励起光が透過する。また、全反射ミラーは、励起光によって励起状態とされた増幅用媒体１４５の活性元素が放出する自然放出光のうち所定の波長帯域の光を全反射する。

集光レンズ１４３は、全反射ミラー１４１を透過した励起光を増幅用媒体１４５に集光する。

例えば、増幅用媒体１４５はガラスロッドであり、ガラスロッドの材料はＮｄ：ＹＡＧである。励起光源４０からの励起光は、増幅用媒体１４５に添加される活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は自然放出光を放出し、この自然放出光のうち一部の波長の光の一部はコリメートレンズ１４７に伝搬し、光の別の一部は集光レンズ１４３を介して全反射ミラー１４１に伝搬する。

コリメートレンズ１４７は、増幅用媒体１４５から出射された光を平行光に変換する。

集光レンズ１４９は、コリメートレンズ１４７によって平行光に変換された光をビーム品質制御装置７０の光ファイバ３２のコア３２ａに集光する。

本実施形態のビーム品質制御装置７０は、第１実施形態のビーム品質制御装置７０と同じ構成である。

コリメートレンズ１５１は、ビーム品質制御装置７０から出射される光を平行光に変換する。

部分反射ミラー１５３は、コリメートレンズ１５１によって平行光に変換された光の一部をコリメートレンズ１５１に反射する。部分反射ミラー１５３は、全反射ミラー１４１が反射する光の少なくとも一部の波長の光を全反射ミラー１４１よりも低い反射率で反射する。光の他の一部は、部分反射ミラー１５３を透過する。

集光レンズ１５５は、部分反射ミラー１５３を透過した光を光ファイバ５０に集光する。

全反射ミラー１４１と増幅用媒体１４５と部分反射ミラー１５３とでファブリ・ペロー型の共振器２００が構成され、ビーム品質制御装置７０は、共振器２００の内部に配置される。

次に本実施形態のレーザ装置１の動作について説明する。

励起光源４０から出射される励起光は、全反射ミラー１４１を透過し、集光レンズ１４３によって増幅用媒体１４５に集光される。励起光は、増幅用媒体１４５に添加される活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は自然放出光を放出し、この自然放出光のうち一部の波長の光が増幅用媒体１４５から出射される。光の一部はコリメートレンズ１４７に伝搬し、光の別の一部は集光レンズ１４３に伝搬する。

コリメートレンズ１４７に伝搬する光は、コリメートレンズ１４７によって平行光に変換される。平行光である光は、集光レンズ１４９によってビーム品質制御装置７０の光ファイバ３２のコア３２ａに集光される。光は、コア３２ａからコリメートレンズ１５１に向かって出射され、コリメートレンズ１５１によって平行光に変換される。平行光である光のうちの一部の波長の光が部分反射ミラー１５３によってコリメートレンズ１５１に反射される。

反射された光は、コリメートレンズ１５１によってビーム品質制御装置７０の光ファイバ３２のコア３２ａに集光される。光は、コア３２ａから集光レンズ１４９に向かって出射され、集光レンズ１４９によって平行光に変換され、コリメートレンズ１４７によって増幅用媒体１４５に集光される。光は、増幅用媒体１４５を通過して集光レンズ１４３に伝搬する。

増幅用媒体１４５から集光レンズ１４３に伝搬する光は、集光レンズ１４３によって平行光に変換され、全反射ミラー１４１に伝搬する。伝搬する光のうち一部の波長の光が、全反射ミラー１４１によって全反射され、上記したように、再び部分反射ミラー１５３に向かって伝搬する。そして、光は、全反射ミラー１４１と部分反射ミラー１５３との間、すなわち共振器２００の内部を往復する。このため、増幅用媒体１４５において誘導放出により光が増幅され、レーザ発振状態が生じる。そして、光の一部は、部分反射ミラー１５３を透過して集光レンズ１５５によって光ファイバ５０のコアに入射される。光は、光ファイバ５０のコアを伝搬し、出射部６０から対象物等に照射される。

ビーム品質制御装置７０は全反射ミラー１４１と部分反射ミラー１５３との間に配置されており、光ファイバ３２のコア３２ａの屈折率の分布はビーム品質制御装置７０によって切断または切削といったレーザ装置１の用途に応じて変化している。このため、光が共振器２００の内部を往復する度にモード変化部７１におけるコア３２ａを伝搬すると、コア３２ａにおいて光のモードの数は用途に応じて変化する。従って、例えば、用途に応じて、シングルモードの光がマルチモードの光に変化したり、マルチモードの光のモード数が減ったり、マルチモードの光がシングルモードの光に変化する。光のビーム品質はビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合に比べて大きく変化させることができるため、用途に応じた所望のビーム品質の光が得られる。

従って、本実施形態では、光源２が固体レーザ装置から成っても、このレーザ装置１では、光が共振器２００の内部を往復するため、ビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合と比べて、ビーム品質をより大きく変化させることができ、所望のビーム品質の光を得ることができる。また、本実施形態のレーザ装置１によれば、第１実施形態において短時間で所望のビーム品質の光を得ることと同様に、短時間で所望のビーム品質の光を得ることができる。また、本実施形態のレーザ装置１においても、第１実施形態のレーザ装置１と同様にして、大型化や高コスト化等が抑制される。

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について図１５を参照して詳細に説明する。なお、第７実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図１５は、本実施形態のレーザ装置１を示す図である。本実施形態のレーザ装置１は、光源２と、反射ミラー１５７と、出射部６０とを備える。

本実施形態の光源２は、気体レーザ装置から成る点において、第７実施形態の固体レーザ装置から成る光源２と異なる。

光源２は、励起光源４０が励起光を増幅用媒体１４５に出射する点と、増幅用媒体１４５の構成とが、第５実施形態のそれとは異なる。

本実施形態の増幅用媒体１４５は、例えばＣＯ_２などのガスが封止されるガラス管である。増幅用媒体１４５では、励起光がガスを照射すると、励起状態とされたガスは自然放出光を放出し、この自然放出光のうち一部の波長の光が出射される。光は、全反射ミラー１４１と部分反射ミラー１５３との間、すなわち共振器２００の内部を往復する。このため、増幅用媒体１４５において誘導放出により光が増幅され、レーザ発振状態が生じる。そして、光の一部は、部分反射ミラー１５３を透過して集光レンズ１５５によって反射ミラー１５７に集光される。光は、反射ミラー１５７によって出射部６０に反射され、出射部６０から対象物等に照射される。

本実施形態では、ビーム品質制御装置７０は全反射ミラー１４１と部分反射ミラー１５３との間に配置されており、光ファイバ３２のコア３２ａの屈折率の分布はビーム品質制御装置７０によって切断または切削といったレーザ装置１の用途に応じて変化している。このため、光が共振器２００の内部を往復する度にモード変化部におけるコア３２ａを伝搬すると、コア３２ａにおいて光のモードの数は用途に応じて変化する。従って、例えば、用途に応じて、シングルモードの光がマルチモードの光に変化したり、マルチモードの光のモード数が減ったり、マルチモードの光がシングルモードの光に変化する。光のビーム品質はビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合に比べて大きく変化することができるため、用途に応じた所望のビーム品質の光が得られる。

従って、本実施形態では、光源２が気体レーザ装置から成っても、このレーザ装置１では、光が共振器２００の内部を往復するため、ビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合と比べて、ビーム品質をより大きく変化させることができ、所望のビーム品質の光を得ることができる。また、本実施形態のレーザ装置１によれば、第１実施形態において短時間で所望のビーム品質の光を得ることと同様に、短時間で所望のビーム品質の光を得ることができる。また、本実施形態のレーザ装置１においても、第１実施形態のレーザ装置１と同様にして、大型化や高コスト化等が抑制される。

以上、本発明について、上記各実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。

増幅用光ファイバ３０や光ファイバ３２は、内側クラッドと外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバで説明したが、これに限定されない。例えば、内側クラッドが２層に分かれており、増幅用光ファイバ３０や光ファイバ３２は、２層の内側クラッド及び外側クラッドの３層のクラッドを有するトリプルクラッドファイバであってもよい。この場合、２層の内側クラッドにおいて、例えば、内側の第１クラッドの屈折率は外側の第２クラッドの屈折率よりも低くされてもよい。また、第２クラッドの屈折率は、外側クラッドの屈折率よりも低くされてもよい。

応力付与部８０は、被覆層３２ｃの外周面の少なくとも一部に面接触していればよい。

また、被覆層３２ｃがクラッド３２ｂに配置されておらず、光ファイバ３２はコア３２ａ及びクラッド３２ｂのみを有してもよい。この場合、応力付与部８０は、クラッド３２ｂの外周面の少なくとも一部に面接触していればよい。また、被覆層３２ｃが配置されてなくても、応力付与部８０は収縮または膨張し得る。これにより、被覆層３２ｃが配置されていなくても、応力付与部８０がクラッド３２ｂに付与する外力が変化し、応力付与部８０によって、コア３２ａにかかる応力の分布がコア３２ａの周方向において不均一となり、コア３２ａの屈折率の分布が変化し、コア３２ａを伝搬する光のモードが変化し得る。このコア３２ａにかかる応力を温度で制御することで、所望のビーム品質の光を得ることができる。このように、ビーム品質制御装置７０では、光ファイバ３２内でビーム品質を制御させるため、振動や環境温度の変化等が生じても、空間内にレンズが配置されることでビーム品質が制御される場合と比べて、所望のビーム品質の光を得ることができる。

例えば、応力付与部８０は、光ファイバ３２の全長に渡って光ファイバ３２を囲っていてもよい。応力付与部８０が光ファイバ３２の全長の一部分において光ファイバ３２を囲っている場合、複数の応力付与部８０が互いに離れて配置されてもよい。

制御本体部９１は、レーザ装置１の用途に応じた応力付与部８０の温度の値を入力部１１３から直接入力されてもよい。

温度制御部９０は、応力付与部８０の温度を計測する温度計測部を有してもよい。この場合、制御本体部９１は、温度計測部によって計測された応力付与部８０の温度を基に電源９３の電圧をさらに制御してもよい。温度計測部によって計測された温度が制御本体部９１にフィードバックされ、フィードバックが繰り返されることで、応力付与部８０の温度がレーザ装置１の用途に応じた目標温度に設定されるように、応力付与部８０の温度は制御される。応力付与部８０の制御方法には、例えば、ＯＮ−ＯＦＦ制御、ＰＷＭ制御、ＰＩＤ制御などが挙げられる。

温度制御部９０は、自身が発熱または吸熱せずに、応力付与部８０の温度を変化させてもよい。このような温度制御部９０は、例えば、赤外線及び超音波等を応力付与部８０に照射することで、応力付与部８０の温度を変化させてもよい。

熱伝導部材１１１は、熱を伝導できれば板状に限定される必要はない。

第１，２，３，４，５実施形態では、光源２の数は特に限定されず、少なくとも１つ備えられていればよい。また、ビーム品質制御装置７０は、複数の光源２のうちのいずれかの共振器２００の内部に配置されてもよい。

第１実施形態では、応力付与部８０の熱膨張係数がクラッド３２ｂの熱膨張係数よりも小さくてもよい。この場合、応力付与部８０は、クラッド３２ｂよりも小さく収縮する。そして、応力付与部８０は、応力付与部８０の熱膨張係数がクラッド３２ｂの熱膨張係数よりも大きい場合に比べて、応力付与部８０の内周面において被覆層３２ｃを介してクラッド３２ｂを小さく引っ張り、クラッド３２ｂに小さな引張応力を付与し得る。また、この場合、応力付与部８０は、クラッド３２ｂよりも小さく膨張する。そして、応力付与部８０は、応力付与部８０の熱膨張係数がクラッド３２ｂの熱膨張係数よりも大きい場合に比べて、応力付与部８０の内周面において被覆層３２ｃを介してクラッド３２ｂを小さく押圧し、クラッド３２ｂに小さな圧縮応力を付与し得る。

第１実施形態では、ペルチェ素子９５の代わりに、ヒータが用いられてもよい。

第２実施形態の枠部材１１７は、第１実施形態に組み込まれてもよい。

第２実施形態の流路部９９が第１実施形態のペルチェ素子９５の代わりに第１実施形態の熱伝導部材１１１に組み込まれ、ヒートポンプ９７が第１実施形態の電源９３の代わりに組み込まれてもよい。

第３実施形態では、第１実施形態のペルチェ素子９５の代わりに、第２実施形態の流路部９９を有する熱伝導部材１１１が配置されてもよいし、流路部９９が板部材８１に配置されてもよい。

第３実施形態では、壁部材８３は、光ファイバ３２に固定されてもよい。この場合、ペルチェ素子９５の一方の面の温度が上昇し、他方の面の温度が下降すると、板部材８１は膨張し、一対の壁部材８３は互いに向かって離れる。これにより、一対の壁部材８３は、壁部材８３に固定されているクラッド３２ｂを両側から引っ張り、クラッド３２ｂに引張応力を付与し得る。

第４実施形態では、モード変化部７１の光ファイバは光ファイバ３２の巻回部として説明したが、これに限定されない。例えば、モード変化部７１の光ファイバは光ファイバ３１の巻回部であってもよい。この場合、状態変化部７３は、第４実施形態において、光ファイバ３２の巻きの径の大きさを変化させるのと同様にして、モード変化部７１における巻回している光ファイバ３１の巻きの径の大きさを変化させる。従って、固定部１６１は、モード変化部７１における光ファイバ３１よりも励起光源４０側における光ファイバ３１の一部をレーザ装置１の所定の位置に固定する。ホルダ１６３は、光ファイバ３１のうちモード変化部７１よりも出射部６０側における光ファイバ３１の一部を保持する。ホルダ１６３は、光ファイバ３１を保持した状態で光ファイバ３１の長手方向において固定部１６１に向かって離れる方向にまたは固定部１６１に近づく方向に移動する。移動ローラ１６５は、ホルダ１６３よりも出射部６０側における光ファイバ３１の一部を巻回する。なお、第１ＦＢＧ３３は、光ファイバ３１のうち光ファイバ３１の巻き部よりも励起光源４０側に設けられることが好ましい。

第１，２，３，６実施形態では、ビーム品質制御装置７０のモード変化部７１における光ファイバは、増幅用光ファイバ３０であってもよい。

第２，３，４実施形態では、ビーム品質制御装置７０は、増幅用光ファイバ３０と第１ＦＢＧ３３における増幅用光ファイバ３０から最も離れた部位との間に配置されてもよい。この場合、ビーム品質制御装置７０の光ファイバは、光ファイバ３１である。

第６，７，８実施形態では、第１実施形態のビーム品質制御装置７０が用いられる必要はなく、第２，３，４，５実施形態のいずれかのビーム品質制御装置７０が用いられてもよい。

本発明によれば、所望のビーム品質の光を得ることができるレーザ装置を提供が提供され、レーザ加工分野、医療分野等の様々な産業において利用可能である。

１・・・レーザ装置
２・・・光源
３０・・・増幅用光ファイバ
３１，３２・・・光ファイバ
３２ａ・・・コア
３２ｂ・・・クラッド
３２ｃ・・・被覆層
３３・・・第１ＦＢＧ
３４・・・第２ＦＢＧ
５０・・・光ファイバ
６０・・・出射部
７０・・・ビーム品質制御装置
７１・・・モード変化部
７３・・・状態変化部
８０・・・応力付与部
９０・・・温度制御部
１１１・・・熱伝導部材
１１３・・・入力部
１１５・・・記憶部
２００・・・共振器

Claims (15)

1. 励起光を出射する励起光源と、
   前記励起光により励起される活性元素により増幅される光が共振する共振器と、
   前記共振器の内部に配置されるビーム品質制御装置と、
   を備え、
   前記ビーム品質制御装置は、
   前記光が伝搬するコア及び前記コアの外周面を囲うクラッドを有する光ファイバと、
   前記光ファイバの少なくとも一部であり、前記光のモードを変化可能なモード変化部と、
   前記モード変化部の状態を変化させて、前記モードの変化の度合いを変化させる状態変化部と、
   を有することを特徴とするレーザ装置。
2. 前記状態変化部は、
   前記モード変化部の外周面の少なくとも一部に面接触し、前記モード変化部における前記クラッドの熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有する応力付与部と、
   前記応力付与部の温度を変化させる温度制御部と、
   を有し、
   前記応力付与部は、当該応力付与部が前記クラッドに付与する外力の分布が前記クラッドの周方向において不均一となるように、前記温度制御部による前記温度の変化によって収縮または膨張する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
3. 前記状態変化部は、主面上に前記応力付与部が配置されており、かつ、前記温度制御部に熱的に接続される板状の熱伝導部材をさらに備え、
   前記熱伝導部材は、前記温度制御部と前記応力付与部との間において熱を伝導する
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
4. 前記温度制御部は、前記熱伝導部材と熱的に接続されるペルチェ素子を有する
   ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
5. 前記応力付与部は、前記光ファイバの前記外周面に面接触する接触面と前記接触面から離れている前記応力付与部の外周面との間の厚みが不均一な樹脂から成る
   ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
6. 前記樹脂の温度が所定の温度よりも低い場合に、前記樹脂は、収縮して前記クラッドに引張応力を付与し、
   前記樹脂の前記温度が前記所定の温度よりも高い場合に、前記樹脂は、膨張して前記クラッドに圧縮応力を付与する
   ことを特徴とする請求項５に記載のレーザ装置。
7. 前記ビーム品質制御装置は、前記応力付与部の少なくとも一部を囲う枠部材をさらに備え、
   前記枠部材の熱膨張係数は、前記応力付与部の熱膨張係数よりも小さい
   ことを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載のレーザ装置。
8. 前記レーザ装置の用途を前記温度制御部に入力する入力部と、
   前記用途に応じた前記応力付与部の前記温度を記憶する記憶部と、
   をさらに備え、
   前記温度制御部は、前記入力部から前記用途が入力される場合、前記記憶部から読みだした前記応力付与部の前記温度に基づいて、前記応力付与部の温度を制御する
   ことを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載のレーザ装置。
9. 前記モード変化部は、前記光ファイバの巻回部であり、
   前記状態変化部は、前記モード変化部における巻回している前記光ファイバの巻きの径の大きさを変化させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
10. 前記共振器は、
    前記活性元素が添加される増幅用光ファイバと、
    前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ、前記活性元素により増幅される前記光の少なくとも一部の波長の光を反射する第１ＦＢＧと、
    前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ、前記第１ＦＢＧが反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を前記第１ＦＢＧより低い反射率で反射する第２ＦＢＧと、
    を有する
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のレーザ装置。
11. 前記ビーム品質制御装置は、前記増幅用光ファイバと前記第１ＦＢＧにおける前記増幅用光ファイバから最も離れた部位との間に配置される
    ことを特徴とする請求項１０に記載のレーザ装置。
12. 前記ビーム品質制御装置は、前記増幅用光ファイバと前記第２ＦＢＧにおける前記増幅用光ファイバから最も離れた部位との間に配置される
    ことを特徴とする請求項１０に記載のレーザ装置。
13. 前記増幅用光ファイバは、前記ビーム品質制御装置における前記光ファイバであることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ装置。
14. 前記第１ＦＢＧは、前記ビーム品質制御装置における前記光ファイバに設けられることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ装置。
15. 前記第２ＦＢＧは、前記ビーム品質制御装置における前記光ファイバに設けられることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ装置。

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