JP3941063B2 - Fiber laser oscillator - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ活性物質を含むコア部材を内部に有している光ファイバに励起光を入射し、コア部材の内部でレーザ光を発生及び増幅するファイバレーザ発振装置に関する。   The present invention relates to a fiber laser oscillating apparatus for generating excitation light in an optical fiber having a core member containing a laser active substance therein, and generating and amplifying laser light inside the core member.

従来より、比較的ビーム品質の劣る励起光を用いて非常に高品質のレーザ光を高効率で得ることができる種々のファイバレーザ発振装置が提案されている。
従来のファイバレーザ発振装置として、図6(A)に示すように、光ファイバ10と集光レンズ24及び26にて構成された端面励起型ファイバレーザ発振装置が知られている。光ファイバ10は、レーザ活性物質であるネオジウム(Nd)等の希土類元素をドープしたコア部材12を長手方向に有しており、コア部材12をクラッド部材14で覆っている。図6(A)に示す例では、クラッド部材14を更に第2クラッド部材16で覆っている。ここで、コア部材12の径、コア部材12とクラッド部材14と第2クラッド部材16の屈折率を適切に設定することで、比較的高効率で高品質のレーザ光が発生可能なファイバレーザ発振装置を比較的容易に実現することができる(この場合、コア部材12の屈折率をn1、クラッド部材14の屈折率をn2、第2クラッド部材16の屈折率をn3とすると、n1>n2>n3の関係に設定されている)。
この光ファイバ10の一方の端面Taから集光レンズ24を介して励起光Lin(半導体レーザ等)を入射すると、励起光Linは光ファイバ10のクラッド部材14内で全反射を繰り返して伝播しながらコア部材12を励起する。励起されたコア部材12内では、レーザ発振が発生し、発生した光の中からコア部材12内を全反射できるレーザ光Loutのみが残ってコア部材12内を伝播する。従って、NA(開口数)が小さく、且つ径の小さいコア部材12を用いることで、非常に高品質のレーザ光Loutを得ることができる(レーザ光のビーム品質は、出射光の半径と出射角度の半角の積で表され、この積が小さい程ビーム品質が高い)。そして端面Tbから出射されたレーザ光Loutを集光レンズ26を用いて集光し、集光したレーザ光Loutを種々の用途に用いている。
しかし、図6(A)の例に示す端面励起型ファイバレーザ発振装置では、入射する励起光Linを増加させることが困難であるため(1本の光ファイバ10の端面Taの面積は非常に小さいため)、比較的大出力のレーザ光Loutを発生させることは非常に困難である。
Conventionally, various fiber laser oscillating devices have been proposed that can obtain very high quality laser light with high efficiency by using excitation light having relatively poor beam quality.
As a conventional fiber laser oscillating device, as shown in FIG. 6A, an end face pumped fiber laser oscillating device composed of an optical fiber 10 and condensing lenses 24 and 26 is known. The optical fiber 10 has a core member 12 doped with a rare earth element such as neodymium (Nd), which is a laser active material, in the longitudinal direction, and the core member 12 is covered with a clad member 14. In the example shown in FIG. 6A, the clad member 14 is further covered with a second clad member 16. Here, by appropriately setting the diameter of the core member 12 and the refractive indexes of the core member 12, the clad member 14, and the second clad member 16, a fiber laser oscillation capable of generating high-quality laser light with relatively high efficiency. The apparatus can be realized relatively easily (in this case, assuming that the refractive index of the core member 12 is n1, the refractive index of the cladding member 14 is n2, and the refractive index of the second cladding member 16 is n3), n1>n2> n3).
When pumping light Lin (semiconductor laser or the like) is incident from one end face Ta of the optical fiber 10 through the condenser lens 24, the pumping light Lin repeats total reflection in the clad member 14 of the optical fiber 10 and propagates. The core member 12 is excited. In the excited core member 12, laser oscillation is generated, and only the laser beam Lout that can be totally reflected in the core member 12 from the generated light remains and propagates in the core member 12. Therefore, by using the core member 12 having a small NA (numerical aperture) and a small diameter, it is possible to obtain a very high quality laser beam Lout (the beam quality of the laser beam is determined by the radius and the emission angle of the emitted light) The smaller the product, the higher the beam quality). And the laser beam Lout emitted from the end surface Tb is condensed using the condensing lens 26, and the condensed laser beam Lout is used for various uses.
However, in the end face pump type fiber laser oscillation device shown in the example of FIG. 6A, it is difficult to increase the incident pump light Lin (the area of the end face Ta of one optical fiber 10 is very small). Therefore, it is very difficult to generate the laser beam Lout having a relatively large output.

そこで、特許文献1に示す従来技術では、図6(B)及び(C)に示すように、コア部材12を平面状に並べて配置し、更に上面にプリズム4a及び4bを配置して、当該プリズム4a及び4bを介して、より大きな面積から励起光Linを入射(光ファイバの端面からでなく側面から励起光を入射)するようにして、発生させるレーザ光を大出力化するレーザ光発生装置が提案されている。なお、特許文献1に示す従来技術では、入射された励起光Linを、クラッド部材14とガラス平板17との境界で反射させて、励起光Linをクラッド部材14に閉じ込めるように、励起光Linの入射角、プリズム4aの屈折率等を調整している。
特開2001−15835号公報
Therefore, in the prior art disclosed in Patent Document 1, as shown in FIGS. 6B and 6C, the core member 12 is arranged in a plane, and the prisms 4a and 4b are further arranged on the upper surface. A laser beam generator that increases the output of the laser beam to be generated by making the excitation beam Lin incident from a larger area (injecting the excitation beam from the side instead of the end surface of the optical fiber) via 4a and 4b. Proposed. In the prior art disclosed in Patent Document 1, the incident excitation light Lin is reflected at the boundary between the cladding member 14 and the glass flat plate 17 so that the excitation light Lin is confined in the cladding member 14. The incident angle, the refractive index of the prism 4a, etc. are adjusted.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-15835

一般的にファイバレーザ発振装置に用いる光ファイバ10において、クラッド部材14の直径は数100〜1000[μm]である。従来の端面励起型ファイバレーザ発振装置の励起光Linに半導体レーザを用いた場合、比較的大きな出力の励起光をファイバ端面Taに集光することは困難である(半導体レーザは一般的にビーム品質が悪く集光性が比較的悪いため)。
また、特許文献1に記載の従来技術では、プリズム4a及び4bを用意しなければならないため、ファイバレーザ発振装置が比較的高価になる。また励起光Linを光ファイバの端面からでなく側面から入射しており、励起光の入射の際、励起光Linを光ファイバの軸線方向に対して所定の角度で入射しなければクラッド部材14内に励起光Linを閉じ込めておくことができず、入射角度に高い精度が要求されるとともに、励起光Linを平行光で入射する必要がある。このため、比較的集光性が悪い半導体レーザを励起光Linに用いることは非常に困難である。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、より多くの励起光を入射することが可能であり、より大出力のレーザ光を得ることができるファイバレーザ発振装置を提供することを課題とする。
Generally, in the optical fiber 10 used for the fiber laser oscillation device, the diameter of the clad member 14 is several hundred to 1000 [μm]. When a semiconductor laser is used as the pumping light Lin of the conventional end face pump type fiber laser oscillation device, it is difficult to focus the pumping light having a relatively large output on the fiber end face Ta (the semiconductor laser generally has a beam quality). Because of poor light collection.
Further, in the prior art described in Patent Document 1, since the prisms 4a and 4b must be prepared, the fiber laser oscillation device becomes relatively expensive. The pumping light Lin is incident not from the end face of the optical fiber but from the side surface. When the pumping light is incident, the pumping light Lin is not incident at a predetermined angle with respect to the axial direction of the optical fiber. The excitation light Lin cannot be confined to the light source, and high accuracy is required for the incident angle, and the excitation light Lin needs to be incident as parallel light. For this reason, it is very difficult to use a semiconductor laser having a relatively poor light condensing property as the excitation light Lin.
The present invention has been devised in view of the above points, and provides a fiber laser oscillation device that can receive more excitation light and can obtain a higher-power laser beam. This is the issue.

本実施の形態に記載のファイバレーザ発振装置は、レーザ活性物質を含むコア部材を長手方向に有するとともに当該コア部材をクラッド部材で覆った光ファイバに、励起光を入射することでレーザ光を発生させるファイバレーザ発振装置であって、光ファイバの長手方向における任意の位置にて、少なくともコア部材を残したクラッド除去部と、当該クラッド除去部により形成されたクラッド端面から励起光を入射する。   The fiber laser oscillation device described in the present embodiment generates laser light by making excitation light incident on an optical fiber having a core member containing a laser active substance in the longitudinal direction and covering the core member with a cladding member. In this fiber laser oscillation device, at any position in the longitudinal direction of the optical fiber, at least a core removing member is left, and excitation light is incident from a clad end surface formed by the cladding removing unit.

また、本実施の形態に記載のファイバレーザ発振装置は、上記に記載のファイバレーザ発振装置であって、光ファイバの長手方向に垂直な断面において、コア部材が中心から所定位置にずれている。   The fiber laser oscillation device described in the present embodiment is the fiber laser oscillation device described above, and the core member is shifted from the center to a predetermined position in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber.

また、本実施の形態に記載のファイバレーザ発振装置は、上記に記載のファイバレーザ発振装置であって、光ファイバ端面及び任意の位置に形成したクラッド端面の少なくとも1つの端面から複数の励起光を入射する。   Further, the fiber laser oscillation device described in the present embodiment is the fiber laser oscillation device described above, and a plurality of pump lights are emitted from at least one end surface of the optical fiber end surface and the clad end surface formed at an arbitrary position. Incident.

上記課題を解決するための手段として、本発明の第1発明は、請求項1に記載されたとおりのファイバレーザ発振装置である。
請求項1に記載のファイバレーザ発振装置は、一本の光ファイバにおいて適宜の間隔でクラッド除去部及びクラッド端面が形成され、複数のクラッド端面及び光ファイバ端面を2次元状に広がるように集合させた集合端面が形成されており、当該集合端面から励起光が入射される。
As means for solving the above-mentioned problems, the first invention of the present invention is a fiber laser oscillation device as described in claim 1.
The fiber laser oscillation device according to claim 1, wherein the clad removal portion and the clad end face are formed at an appropriate interval in one optical fiber, and the plural clad end faces and the optical fiber end faces are gathered so as to spread two-dimensionally. A collective end face is formed, and excitation light is incident from the collective end face.

また、本発明の第2発明は、請求項2に記載されたとおりのファイバレーザ発振装置である。
請求項2に記載のファイバレーザ発振装置は、請求項1に記載のファイバレーザ発振装置であって、クラッド端面及び光ファイバ端面の断面形状が多角形であり、集合端面において隙間なく配置されている。
また、本発明の第3発明は、請求項3に記載されたとおりのファイバレーザ発振装置である。
請求項3に記載のファイバレーザ発振装置は、請求項1または2に記載のファイバレーザ発振装置であって、前記クラッド除去部と前記クラッド端面とを、長手方向における複数個所にて形成した1本の光ファイバを折り曲げて前記集合端面を形成することで、前記クラッド除去部の各々を前記クラッド端面の各々から露出させている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fiber laser oscillation device as set forth in the second aspect.
The fiber laser oscillation device according to claim 2 is the fiber laser oscillation device according to claim 1, wherein the clad end face and the optical fiber end face are polygonal in cross section, and are arranged without gaps on the collective end face. .
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fiber laser oscillation device as set forth in the third aspect.
A fiber laser oscillation device according to claim 3 is the fiber laser oscillation device according to claim 1 or 2, wherein the clad removal portion and the clad end face are formed at a plurality of locations in a longitudinal direction. Each of the clad removal portions is exposed from each of the clad end faces by bending the optical fiber to form the collective end face.

本実施の形態に記載のファイバレーザ発振装置を用いれば、光ファイバの端面から励起光を入射するのみでなく、光ファイバの長手方向における任意の位置に設けたクラッド端面からも励起光を入射することができる。このため、より多くの励起光を入射することができるので、より大出力のレーザ光を得ることができる。
クラッド部材を取り除く際、コア部材のみを残すように取り除けば、クラッド端面の面積をより大きくすることができ、より多くの励起光をクラッド端面から入射可能となる。
また、クラッド部材を取り除く際、コア部材の外周に所定厚さのクラッド部材を残すように取り除けば、コア部材の損傷及びダストの付着等による損失(伝播光の乱反射等)を抑制することができる。
If the fiber laser oscillation device described in the present embodiment is used, not only the excitation light is incident from the end face of the optical fiber, but also the excitation light is incident from the clad end face provided at an arbitrary position in the longitudinal direction of the optical fiber. be able to. For this reason, since more excitation light can be incident, a laser beam with higher output can be obtained.
When removing the clad member so as to leave only the core member, the area of the clad end face can be increased and more excitation light can be incident from the clad end face.
Moreover, when removing the clad member, if the clad member having a predetermined thickness is left on the outer periphery of the core member, loss due to damage to the core member and adhesion of dust (diffuse reflection of propagating light, etc.) can be suppressed. .

また、本実施の形態に記載のファイバレーザ発振装置によれば、励起光を入射するクラッド端面及びファイバ端面において、コア部材が中心からずれた位置にあるため、コア部材に遮られることを避けて励起光を入射することが容易であり、効率をより向上させ、より大出力のレーザ光を得ることができる。   Further, according to the fiber laser oscillation device described in the present embodiment, the core member is located at a position deviated from the center at the cladding end face and the fiber end face on which the excitation light is incident. It is easy to make the excitation light incident, the efficiency can be further improved, and a laser beam with higher output can be obtained.

また、本実施の形態に記載のファイバレーザ発振装置によれば、光ファイバ端面及びクラッド端面の少なくとも1つの端面から複数の励起光を入射するため、より大出力のレーザ光を得ることができる。   Further, according to the fiber laser oscillation device described in the present embodiment, since a plurality of excitation lights are incident from at least one end face of the end face of the optical fiber and the end face of the clad, higher output laser light can be obtained.

また、請求項1に記載のファイバレーザ発振装置によれば、光ファイバ端面及びクラッド端面の各端面から励起光を入射するのでなく、励起光の場所に光ファイバ端面及びクラッド端面を集める。このため、励起光の径を1本の光ファイバの径以下に集光することが困難な場合であっても、効率よく励起光を入射することができ、より大出力のレーザ光を得ることができる。   According to the fiber laser oscillation device of the first aspect, the pumping light is not incident from the end faces of the optical fiber end face and the clad end face, but the optical fiber end face and the clad end face are collected at the place of the pumping light. For this reason, even when it is difficult to condense the diameter of the pumping light below the diameter of one optical fiber, the pumping light can be incident efficiently, and a laser beam with higher output can be obtained. Can do.

また、請求項2に記載のファイバレーザ発振装置によれば、集合端面に、クラッド端面及び光ファイバ端面ができるだけ隙間なく並ぶように、端面の形状を多角形(三角形、四角形、六角形等)にしている。このため、効率よく励起光を入射することができ、より大出力のレーザ光を得ることができる。   According to the fiber laser oscillation device of claim 2, the shape of the end face is made polygonal (triangle, quadrangle, hexagon, etc.) so that the end face of the clad and the end face of the optical fiber are arranged as close as possible to the collective end face. ing. For this reason, excitation light can be incident efficiently and a laser beam with higher output can be obtained.

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図1は、本発明のファイバレーザ発振装置1の一実施の形態の概略構成図を示している。
●[第1の実施の形態(図1)]
第1の実施の形態では、光ファイバ10の長手方向の任意の位置にて、少なくともコア部材12を残してクラッド部材14を取り除いたクラッド除去部10Rを形成して長手方向に垂直なクラッド端面Sを形成し、当該クラッド端面Sからも励起光Linを入射する点が特徴である。これにより、従来の端面励起型ファイバレーザ発振装置よりもより多くの励起光を入射することができ、より大出力のレーザ光を発生させることができる。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an embodiment of a fiber laser oscillation device 1 of the present invention.
[First embodiment (FIG. 1)]
In the first embodiment, the clad end surface S perpendicular to the longitudinal direction is formed by forming the clad removal portion 10R from which the clad member 14 is removed at least at the core member 12 at any position in the longitudinal direction of the optical fiber 10. And the excitation light Lin is also incident from the cladding end surface S. As a result, more pumping light can be made incident than in the conventional end face pumped fiber laser oscillation device, and a laser beam with higher output can be generated.

光ファイバ10は、レーザ活性物質(Nd等の希土類元素)を含むコア部材12を長手方向に有しており、当該コア部材12をコア部材よりも屈折率の低いクラッド部材14で覆っている。
図1(A)に示す例では、1本の光ファイバ10における任意の2個所(クラッド除去部10R)にて、クラッド部材14を取り除いてクラッド端面Sを形成している。なお、クラッド除去部10Rは、何個所形成してもよい。
図1(B)は、クラッド除去部10R近傍を示している。クラッド端面Sは光ファイバ10の長手方向に垂直であり、1つのクラッド除去部10Rで対向する2個のクラッド端面Sが形成される。
なお、本実施の形態に用いた光ファイバ10は、レーザ活性物質としてコア部材12には希土類元素Nd(ネオジウム)がドープされており、800[nm]の波長の半導体レーザを励起光に用いた場合、1064[nm]の波長のレーザ光を発生する。また、コア部材12の直径φcoreは約10〜100[μm]であり、クラッド部材14の直径φcladは約数100〜1000[μm]である。また、クラッド除去部10Rにおける直径φrは、コア部材12の直径に対し、0〜数10[μm]程度大きく形成している。
The optical fiber 10 has a core member 12 containing a laser active substance (rare earth element such as Nd) in the longitudinal direction, and the core member 12 is covered with a clad member 14 having a refractive index lower than that of the core member.
In the example shown in FIG. 1A, the clad end surface S is formed by removing the clad member 14 at two arbitrary locations (clad removal portion 10R) in one optical fiber 10. Note that any number of the clad removal portions 10R may be formed.
FIG. 1B shows the vicinity of the cladding removal portion 10R. The clad end face S is perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber 10, and two clad end faces S that are opposed by one clad removal portion 10R are formed.
In the optical fiber 10 used in the present embodiment, the core member 12 is doped with a rare earth element Nd (neodymium) as a laser active material, and a semiconductor laser having a wavelength of 800 [nm] is used as excitation light. In this case, laser light having a wavelength of 1064 [nm] is generated. The diameter φcore of the core member 12 is about 10 to 100 [μm], and the diameter φclad of the clad member 14 is about several hundred to 1000 [μm]. Further, the diameter φr in the cladding removal portion 10R is formed to be larger by about 0 to several tens [μm] than the diameter of the core member 12.

クラッド除去部10Rは、「コア部材12の屈折率>空気の屈折率」となるようにコア部材12の屈折率を適切に設定すれば、コア部材12の内部で発生したレーザ光をコア部材12の内部で全反射させて閉じ込めることができるので、少なくともコア部材12を残しておけばよい。もちろん、所定の厚さのクラッド部材14を残しておいてもよい。
また、図1(C)にファイバレーザ発振装置に用いる一般的な光ファイバ10の長手方向に垂直な断面を示す。コア部材12(希土類元素をドープしたフッ化ガラス等)の外周をクラッド部材14(フッ化ガラス等)で覆い(コア部材12の屈折率>クラッド部材14の屈折率)、クラッド部材14の外周を第2クラッド部材16(UV樹脂等)で覆い(クラッド部材14の屈折率>第2クラッド部材16の屈折率)、更に第2クラッド部材16の外周を被覆部材19(被覆樹脂等)で覆っている。本実施の形態では、当該光ファイバ10を用いているが、この構成の光ファイバ10に限定されるものではない。
なお励起光Linは、伝播させることが目的でなく、クラッド部材14内に閉じ込めてコア部材12に当てることが目的であるため、励起光Linを全反射させる被覆部材19を選定してもよい。
また、光ファイバ10の端面Ta(またはTb)〜クラッド端面Sまでの光ファイバ10の長さ、クラッド除去部10R〜クラッド除去部10Rまでの光ファイバ10の長さは、約5〜10[m]としている。この長さが適切でないと、入射した励起光Linがコア部材12を励起する前に端面S(または端面Ta、Tb)に到達してしまい、クラッド部材14から出射されてしまう。
If the refractive index of the core member 12 is appropriately set so that “refractive index of the core member 12> refractive index of air” is satisfied, the cladding removal unit 10R causes the laser light generated inside the core member 12 to be emitted. Since it can be totally reflected inside and confined, at least the core member 12 should be left. Of course, the clad member 14 having a predetermined thickness may be left.
FIG. 1C shows a cross section perpendicular to the longitudinal direction of a general optical fiber 10 used in a fiber laser oscillation device. The outer periphery of the core member 12 (fluoride glass doped with a rare earth element) is covered with a clad member 14 (fluoride glass or the like) (refractive index of the core member 12> refractive index of the clad member 14), and the outer periphery of the clad member 14 is covered. Cover with the second clad member 16 (UV resin or the like) (refractive index of the clad member 14> refractive index of the second clad member 16), and further cover the outer periphery of the second clad member 16 with the covering member 19 (covering resin or the like). Yes. In the present embodiment, the optical fiber 10 is used. However, the optical fiber 10 is not limited to this configuration.
The excitation light Lin is not intended to propagate but is intended to be confined in the clad member 14 and applied to the core member 12, so that the covering member 19 that totally reflects the excitation light Lin may be selected.
The length of the optical fiber 10 from the end face Ta (or Tb) to the clad end face S of the optical fiber 10 and the length of the optical fiber 10 from the clad removal part 10R to the clad removal part 10R are about 5 to 10 [m. ]. If this length is not appropriate, the incident excitation light Lin reaches the end surface S (or the end surfaces Ta and Tb) before exciting the core member 12 and is emitted from the cladding member 14.

次に、図1(A)を用いて、本実施の形態における構成要素と、各構成要素の機能について説明する。
励起光入射装置20Aを光ファイバ10の一方の端面Taに対向する位置に配置し、励起光入射装置20Bを光ファイバ10の他方の端面Tbに対向する位置に配置する。また、励起光入射装置20Cを各クラッド端面Sとほぼ対向する位置に配置する。
励起光入射装置20Cは、励起光出射手段20(半導体レーザアレイ等)と、出射された励起光Linを平行光に変換するコリメートレンズ22と、平行光に変換された励起光Linを集光する集光レンズ24とで構成されている。なお、コリメートレンズ22及び集光レンズ24で構成するレンズ群は、他にも種々の構成が考えられる。そして、クラッド除去部10Rの各クラッド端面Sの対向する位置に励起光入射装置20Cの各々を配置できるように、クラッド除去部10Rを湾曲させる。そして、励起光入射装置20Cから出射される励起光Linを当該励起光入射装置20Cに対向するクラッド端面Sに入射する。
Next, components in this embodiment and functions of the components will be described with reference to FIG.
The pumping light incident device 20A is disposed at a position facing one end face Ta of the optical fiber 10, and the pumping light incident device 20B is disposed at a position facing the other end face Tb of the optical fiber 10. Further, the excitation light incidence device 20 </ b> C is disposed at a position substantially opposite to each cladding end surface S.
The excitation light incident device 20C condenses the excitation light emitting means 20 (semiconductor laser array or the like), a collimator lens 22 that converts the emitted excitation light Lin into parallel light, and the excitation light Lin converted into parallel light. And a condensing lens 24. Various other configurations of the lens group including the collimating lens 22 and the condenser lens 24 are conceivable. Then, the cladding removing unit 10R is curved so that each of the excitation light incidence devices 20C can be disposed at a position where each cladding end surface S of the cladding removing unit 10R faces. Then, the excitation light Lin emitted from the excitation light incidence device 20C is incident on the clad end surface S facing the excitation light incidence device 20C.

励起光入射装置20Aは、励起光入射装置20Cに対して、励起光Linを透過させてコア部材12内部で発生したレーザ光Loutを反射するミラー30a(ダイクロイックミラー等)が追加されている。そして、ミラー30aは光ファイバ10の端面Taと平行に配置される。
コリメートレンズ22と集光レンズ24は、励起光出射手段20から出射された励起光Linを平行光に変換及び集光する点は励起光入射装置20Cと同様である。しかし、励起光入射装置20Aには、コア部材12内で発生したレーザ光Loutが、光ファイバ10の端面Taのコア部材12から出射されてくる。
光ファイバ10の端面Taのコア部材12から出射されるレーザ光Loutは、集光レンズ24で平行光に変換されて(集光レンズ24がコリメートレンズの役目を果たす)、ミラー30aにて反射される。そして、平行光の状態で反射されたレーザ光Loutは集光レンズ24で集光され、端面Taのコア部材12に入射される(端面Taのコア部材12に戻される)。
The excitation light incidence device 20A is provided with a mirror 30a (such as a dichroic mirror) that transmits the excitation light Lin and reflects the laser light Lout generated inside the core member 12 with respect to the excitation light incidence device 20C. The mirror 30 a is disposed in parallel with the end face Ta of the optical fiber 10.
The collimating lens 22 and the condensing lens 24 are the same as the excitation light incident device 20C in that the excitation light Lin emitted from the excitation light emitting means 20 is converted and condensed into parallel light. However, the laser light Lout generated in the core member 12 is emitted from the core member 12 on the end face Ta of the optical fiber 10 to the excitation light incident device 20A.
The laser light Lout emitted from the core member 12 on the end face Ta of the optical fiber 10 is converted into parallel light by the condenser lens 24 (the condenser lens 24 serves as a collimator lens) and reflected by the mirror 30a. The The laser light Lout reflected in the state of parallel light is condensed by the condenser lens 24 and is incident on the core member 12 on the end face Ta (returned to the core member 12 on the end face Ta).

励起光入射装置20Bは、励起光入射装置20Cに対して、励起光Linを透過させてコア部材12内部で発生したレーザ光Loutを反射するミラー30b(ダイクロイックミラー等)、及び出力レーザ集光レンズ26が追加されている。そして、ミラー30bは光ファイバ10の端面Tbと約45°の角度を持たせて配置される。
コリメートレンズ22と集光レンズ24は、励起光出射手段20から出射された励起光を平行光に変換及び集光する点は励起光入射装置20Cと同様である。しかし、励起光入射装置20Bには、コア部材12内で発生したレーザ光Loutが、光ファイバ10の端面Tbのコア部材12から出射されてくる。
光ファイバ10の端面Tbのコア部材12から出射されるレーザ光Loutは、集光レンズ24で平行光に変換されて(集光レンズ24がコリメートレンズの役目を果たす)、ミラー30bにて出力レーザ集光レンズ26の方向に反射される(出力レーザ集光レンズ26の方向に取り出される)。そして、平行光の状態で反射されたレーザ光Loutは、出力レーザ集光レンズ26で集光され、種々の用途に用いることができる。
The pumping light incident device 20B transmits a pumping light Lin to the pumping light incident device 20C and reflects the laser light Lout generated inside the core member 12, and an output laser condensing lens. 26 is added. The mirror 30b is disposed at an angle of about 45 ° with the end face Tb of the optical fiber 10.
The collimating lens 22 and the condensing lens 24 are the same as the excitation light incident device 20C in that the excitation light emitted from the excitation light emitting means 20 is converted and condensed into parallel light. However, the laser light Lout generated in the core member 12 is emitted from the core member 12 on the end face Tb of the optical fiber 10 to the excitation light incident device 20B.
The laser light Lout emitted from the core member 12 on the end face Tb of the optical fiber 10 is converted into parallel light by the condenser lens 24 (the condenser lens 24 serves as a collimating lens), and is output by the mirror 30b. Reflected in the direction of the condenser lens 26 (taken out in the direction of the output laser condenser lens 26). The laser beam Lout reflected in the state of parallel light is condensed by the output laser condenser lens 26 and can be used for various applications.

本実施の形態では、従来の端面励起型ファイバレーザ発振装置に対して、任意の数のクラッド端面Sを形成してより多くの励起光を入射できる。図1(C)に示す例では、従来の励起光入射装置20A及び20Bに対して、4個の励起光入射装置20Cを追加しているので、約3倍の励起光Linを入射でき、より大出力のレーザ光Loutを得ることができる。   In the present embodiment, an arbitrary number of cladding end faces S can be formed and more excitation light can be incident on a conventional end face pumped fiber laser oscillation device. In the example shown in FIG. 1C, since four excitation light incidence devices 20C are added to the conventional excitation light incidence devices 20A and 20B, about three times as much excitation light Lin can be incident. High output laser light Lout can be obtained.

●[第2の実施の形態(図2、図3)]
第2の実施の形態では、第1の実施の形態に対して光ファイバ10の構造が異なる。
図2に示すように、光ファイバ10の長手方向に垂直な断面において、コア部材12の位置が断面の中心Pから所定距離Dだけずれた位置になるように光ファイバ10を形成している点が異なる。これにより、クラッド端面Sから励起光Linをより容易に入射できる。
クラッド端面Sのほぼ中心Pの位置にコア部材12が位置していると、励起光Linの一部が、クラッド除去部10Rで湾曲しているコア部材12に当たって反射等してしまい、適切にクラッド端面Sに到達しない可能性がある。しかし、本実施の形態によれば、クラッド端面Sの中央近傍が平面であり、コア部材12が邪魔にならないので、より多くの励起光Linをクラッド端面Sから入射することができる。
[Second embodiment (FIGS. 2 and 3)]
In the second embodiment, the structure of the optical fiber 10 is different from that of the first embodiment.
As shown in FIG. 2, the optical fiber 10 is formed so that the position of the core member 12 is shifted from the center P of the cross section by a predetermined distance D in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber 10. Is different. Thereby, the excitation light Lin can be more easily incident from the clad end surface S.
If the core member 12 is located at a position substantially at the center P of the clad end surface S, a part of the excitation light Lin hits the core member 12 curved by the clad removal portion 10R and is reflected, and the clad is appropriately formed. The end surface S may not be reached. However, according to this embodiment, the vicinity of the center of the cladding end surface S is a flat surface, and the core member 12 does not get in the way, so that more excitation light Lin can be incident from the cladding end surface S.

また、図3に示すように、クラッド端面S(または光ファイバ10の端面TaまたはTb)に対応する位置、且つ適切な入射角となるように複数の励起光入射装置20Cを配置して、1つの端面から複数の励起光Linを入射することもできる。この場合、ビーム品質がやや劣る(集光径の誤差がやや大きい、集光径そのものがやや大きい等)励起光Linを用いても、コア部材12がクラッド端面S(または光ファイバ10の端面TaまたはTb)の中心Pからずれているので、より多くの励起光Linをクラッド端面S(または光ファイバ10の端面TaまたはTb)から入射することができる。   Also, as shown in FIG. 3, a plurality of excitation light incidence devices 20C are arranged at positions corresponding to the clad end face S (or the end face Ta or Tb of the optical fiber 10) and at an appropriate incident angle. A plurality of excitation lights Lin can be incident from one end face. In this case, even when the pumping light Lin is used, the core member 12 has the cladding end surface S (or the end surface Ta of the optical fiber 10) even if the beam quality is slightly inferior (the condensing diameter error is slightly large or the condensing diameter itself is slightly large) Alternatively, since it is deviated from the center P of Tb), more excitation light Lin can be incident from the cladding end surface S (or the end surface Ta or Tb of the optical fiber 10).

●[第3の実施の形態(図4)]
第3の実施の形態は、第1の実施の形態に対して、クラッド除去部10Rの湾曲方法が異なる。
図4(A)に示すように、クラッド除去部10Rにて光ファイバ10を180°折りたたみ、クラッド端面S(及び光ファイバ10の端面TaまたはTb)を束ねた集合端面SSを形成する。そして、クラッド端面Sよりも充分広い集合端面SSから、クラッド端面Sの径より大きな径の大出力の励起光Linを入射することで、より大出力のレーザ光Loutを得ることができる。
また、光ファイバ10の長手方向に垂直な断面の形状は、できるだけ隙間なく並べることができる多角形の形状が好ましい。例えば断面の形状を三角形に形成したり、図4(B)及び(C)に示すように四角形または六角形とすることで、集合端面SSを隙間無く形成することができる。
● [Third Embodiment (FIG. 4)]
The third embodiment is different from the first embodiment in the method of bending the cladding removal portion 10R.
As shown in FIG. 4A, the optical fiber 10 is folded by 180 ° at the clad removal portion 10R, and a collective end face SS in which the clad end face S (and the end face Ta or Tb of the optical fiber 10) is bundled is formed. Then, a large output laser beam Lout can be obtained by making the large output pump light Lin having a diameter larger than the diameter of the clad end surface S incident from the collective end surface SS sufficiently wider than the clad end surface S.
Moreover, the shape of the cross section perpendicular | vertical to the longitudinal direction of the optical fiber 10 is preferably a polygonal shape that can be arranged with as little gap as possible. For example, the aggregate end face SS can be formed without a gap by forming the cross-sectional shape into a triangle, or making it a quadrangle or hexagon as shown in FIGS. 4B and 4C.

また、図4(B)及び(C)は、光ファイバ10の両端からコア部材12を引き出し、コア部材12の一方の端面から出力されるレーザ光Loutを集光レンズ24で平行光に変換した後(集光レンズ24がコリメートレンズの役目を果たす)、ミラー30aで反射し、更に集光レンズ24で集光してコア部材12に戻している。また、コア部材12の他方の端面から出力されるレーザ光Loutをコリメートレンズ22で平行光に変換した後、更に出力レーザ集光レンズ26で集光してレーザ光Loutを取り出している。この場合、集合端面SSからは、励起光入射装置20Cと同様の構成の励起光入射装置(ミラー30a、30bを含まない励起光入射装置)から、より大出力の励起光Linを入射する。
これにより、励起光Linの出力は大きいが、集光径を光ファイバ10のクラッド部材14の直径φclad以下にすることが困難な励起光入射装置を利用することができ、より大出力のレーザ光Loutを得ることができる。
また、集合端面SSに対応する位置に複数の励起光入射装置を配置して、より多くの励起光を入射するように構成することも容易である。
4B and 4C, the core member 12 is drawn from both ends of the optical fiber 10, and the laser light Lout output from one end face of the core member 12 is converted into parallel light by the condenser lens 24. After (the condensing lens 24 plays the role of a collimating lens), the light is reflected by the mirror 30a, further condensed by the condensing lens 24, and returned to the core member 12. Further, after the laser beam Lout output from the other end face of the core member 12 is converted into parallel light by the collimator lens 22, it is further condensed by the output laser condenser lens 26 to extract the laser beam Lout. In this case, excitation light Lin having a larger output is incident from the collective end face SS from an excitation light incident device (excitation light incident device not including the mirrors 30a and 30b) having the same configuration as the excitation light incident device 20C.
As a result, it is possible to use a pumping light incident device in which the output of the pumping light Lin is large but it is difficult to make the condensing diameter smaller than the diameter φclad of the clad member 14 of the optical fiber 10, and a laser beam with higher output Lout can be obtained.
It is also easy to arrange a plurality of excitation light incidence devices at positions corresponding to the collective end face SS so that more excitation light is incident.

●[第4の実施の形態(図5)]
第4の実施の形態は、ミラー30a及び30bを用いず、複数のクラッド除去部10Rのクラッド端面Sに対向する位置に励起光入射装置20Cを配置した、最もシンプルな構成のファイバレーザ発振装置の例である。
第4の実施の形態の構成では、目標とする出力のレーザ光Loutを得ることができるように、クラッド端面S及び励起光入射装置20Cの数を選定すればよい。
[Fourth embodiment (FIG. 5)]
The fourth embodiment is a fiber laser oscillation device having the simplest configuration in which the pumping light incidence device 20C is disposed at a position facing the cladding end surface S of the plurality of cladding removal portions 10R without using the mirrors 30a and 30b. It is an example.
In the configuration of the fourth embodiment, the number of cladding end faces S and the number of excitation light incidence devices 20C may be selected so that laser light Lout having a target output can be obtained.

以上に説明したように、本実施の形態におけるファイバレーザ発振装置1を用いれば、励起光Linを1本の光ファイバ10の複数個所から入射することができるため、トータルの励起光Linを増大させることができ、より大出力のレーザ光Loutを得ることができる。
また、励起光Linを増大させるためにクラッド部材14の径φcladを大きくすると、クラッド部材14の断面積に対するコア部材12の断面積の相対的な比率が小さくなり、クラッド部材14内で全反射しながらコア部材12に当たって励起する確率が低くなり、発振効率が低下してしまう。しかし、本実施の形態に示すファイバレーザ発振装置1では、クラッド部材14の径φcladを大きくする必要がないため、高い発振効率を維持することができる。
また、従来の側面から励起光を入射するファイバレーザ発振装置では、光ファイバ10の側面から入射するための装置(プリズム等)、及び入射した励起光Linの閉じ込めるための調整(励起光のプリズムへの入射角度等)、励起光のビーム品質等、種々のコストアップ要因及び誤差要因が含まれていると推定されるが、本実施の形態では、光ファイバ10の端面から励起光Linを入射するより単純な構成にて、より安価、且つ誤差要因を低減することができる。
As described above, if the fiber laser oscillation device 1 according to the present embodiment is used, the pumping light Lin can be incident from a plurality of locations of the single optical fiber 10, so that the total pumping light Lin is increased. Therefore, the laser beam Lout having a higher output can be obtained.
Further, when the diameter φclad of the clad member 14 is increased in order to increase the excitation light Lin, the relative ratio of the cross-sectional area of the core member 12 to the cross-sectional area of the clad member 14 is reduced, and total reflection is performed in the clad member 14. However, the probability of excitation by hitting the core member 12 is lowered, and the oscillation efficiency is lowered. However, in the fiber laser oscillation device 1 shown in the present embodiment, since it is not necessary to increase the diameter φclad of the clad member 14, high oscillation efficiency can be maintained.
Further, in the conventional fiber laser oscillation device that makes the excitation light incident from the side surface, an apparatus (such as a prism) for making the incident light from the side surface of the optical fiber 10 and an adjustment for confining the incident excitation light Lin (to the excitation light prism) In this embodiment, the pumping light Lin is incident from the end face of the optical fiber 10, although it is estimated that various cost increase factors and error factors such as the beam quality of the pumping light are included. With a simpler configuration, the cost can be reduced and the error factor can be reduced.

本発明のファイバレーザ発振装置1は、本実施の形態で説明した形状、構成、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
本実施の形態では、励起光Linに半導体レーザを用いたが、これに限定されるものではない。
The fiber laser oscillation device 1 of the present invention is not limited to the shape, configuration, structure, and the like described in the present embodiment, and various modifications, additions, and deletions can be made without changing the gist of the present invention.
The numerical values used in the description of the present embodiment are examples, and are not limited to these numerical values.
In the present embodiment, a semiconductor laser is used as the excitation light Lin, but the present invention is not limited to this.

本発明のファイバレーザ発振装置1は、レーザ加工装置等、レーザ光を用いた種々の装置に適用できる。   The fiber laser oscillation device 1 of the present invention can be applied to various devices using laser light such as a laser processing device.

本発明のファイバレーザ発振装置1の一実施の形態の概略構成図(第1の実施の形態)である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic block diagram (1st Embodiment) of one Embodiment of the fiber laser oscillation apparatus 1 of this invention. 第2の実施の形態における光ファイバ10の構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the optical fiber 10 in 2nd Embodiment. 第2の実施の形態において、複数の励起光Linを1つの端面から入射する例を説明する図である。In 2nd Embodiment, it is a figure explaining the example which injects several excitation light Lin from one end surface. 第3の実施の形態を説明する図である。It is a figure explaining 3rd Embodiment. 第4の実施の形態を説明する図である。It is a figure explaining 4th Embodiment. 従来のファイバレーザ発振装置を説明する図である。It is a figure explaining the conventional fiber laser oscillation apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 ファイバレーザ発振装置
10 光ファイバ
10R クラッド除去部
12 コア部材
14 クラッド部材
16 第2クラッド部材
19 被覆部材
20A〜20C 励起光入射装置
20 励起光出射手段
22 コリメートレンズ
24 集光レンズ
26 出力レーザ集光レンズ
30a、30b ミラー
S クラッド端面
Ta、Tb 光ファイバ端面
Lin 励起光
Lout (出力)レーザ光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fiber laser oscillation apparatus 10 Optical fiber 10R Clad removal part 12 Core member 14 Clad member 16 2nd clad member 19 Coating | coated member 20A-20C Excitation light incident device 20 Excitation light emitting means 22 Collimating lens 24 Condensing lens 26 Output laser condensing Lens 30a, 30b Mirror S Clad end face Ta, Tb Optical fiber end face Lin Excitation light Lout (Output) Laser light

Claims (3)

レーザ活性物質を含むコア部材を長手方向に有するとともに当該コア部材をクラッド部材で覆った光ファイバに、励起光を入射することでレーザ光を発生させるファイバレーザ発振装置であって、
一方の光ファイバ端面から他方の光ファイバ端面までの1本の光ファイバの長手方向における複数個所にて、少なくともコア部材を残したクラッド除去部と、当該クラッド除去部によるクラッド端面が複数個所に形成されており、
光ファイバ端面からクラッド端面までのクラッド除去部を含まない部分、及びクラッド端面からクラッド端面までのクラッド除去部を含まない部分の長さは、光ファイバ端面またはクラッド端面から入射された励起光が反対側のクラッド端面または光ファイバ端面に到達する前にコア部材を励起できる長さに設定されており、
複数のクラッド端面及び光ファイバ端面を2次元状に広がるように集合させた集合端面が形成されており、当該集合端面に励起光が入射される構成を有する、
ことを特徴とするファイバレーザ発振装置。
A fiber laser oscillating device for generating laser light by making excitation light incident on an optical fiber having a core member containing a laser active substance in the longitudinal direction and covering the core member with a cladding member,
At a plurality of locations in the longitudinal direction of one optical fiber from one optical fiber end surface to the other optical fiber end surface, a clad removal portion that leaves at least a core member and a clad end surface formed by the clad removal portion are formed at a plurality of locations. Has been
The length of the part not including the cladding removal part from the optical fiber end face to the cladding end face and the part not including the cladding removal part from the cladding end face to the cladding end face are opposite to the excitation light incident from the optical fiber end face or the cladding end face. It is set to a length that can excite the core member before reaching the side cladding end face or optical fiber end face,
A collective end face is formed by gathering a plurality of clad end faces and optical fiber end faces so as to spread two-dimensionally , and has a configuration in which excitation light is incident on the collective end face.
A fiber laser oscillation device.
請求項1に記載のファイバレーザ発振装置であって、
光ファイバの軸に垂直な断面形状が多角形に形成されており、集合端面において複数のクラッド端面及び光ファイバ端面が隙間なく配置されている、
ことを特徴とするファイバレーザ発振装置。
The fiber laser oscillation device according to claim 1,
The cross-sectional shape perpendicular to the axis of the optical fiber is formed in a polygon, and a plurality of cladding end faces and optical fiber end faces are arranged without gaps at the collective end face.
A fiber laser oscillation device.
請求項1または2に記載のファイバレーザ発振装置であって、  The fiber laser oscillation device according to claim 1 or 2,
前記クラッド除去部と前記クラッド端面とを、長手方向における複数個所にて形成した1本の光ファイバを折り曲げて前記集合端面を形成することで、前記クラッド除去部の各々を前記クラッド端面の各々から露出させている、  Each of the clad removal portions is separated from each of the clad end surfaces by bending the optical fiber in which the clad removal portion and the clad end surface are formed at a plurality of positions in the longitudinal direction to form the collective end surface. Exposed,
ことを特徴とするファイバレーザ発振装置。A fiber laser oscillation device.
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