JP4540773B2 - Optical fiber laser device and optical amplification device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ活性物質に励起光を導入してレーザ光を発生する光ファイバレーザ装置、及びレーザ活性物質に励起光を導入して光の増幅を行う光増幅装置に関し、特に本体の冷却機構を有する光ファイバレーザ装置及び光増幅装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光通信及びレーザ加工の分野では、高出力でより安価なレーザ装置の開発が求められている。このような要請を満たすものとして、光ファイバを利用した光ファイバレーザ装置が知られている。
【0003】
光ファイバレーザ装置は、レーザ活性物質を有するコアとその周りを取り囲むクラッド層により構成された光ファイバ、及びレーザ活性物質に励起光を導入する励起光導入部によって構成され、励起光導入部から光ファイバのコアに励起光を導入することによってレーザ光を発生させる。コアの屈折率はクラッドの屈折率よりも大きく設定され、コア内のレーザ活性物質への励起光導入によって発生したレーザ光は、コアとクラッド層の境界線で全反射を繰り返しながらコア内部を進み、光ファイバの端面から出力される。
【0004】
光ファイバレーザ装置においてレーザ光の発生効率をより高めようとする場合、コア内のレーザ活性物質にいかに効率良く励起光を導入できるかが問題となる。このレーザ活性物質への励起光導入効率を高める方法として、コア内にレーザ活性物質を有する1つながりの光ファイバを束ね、その束に励起光を導入することによってレーザ光を発生させる方法がある。この方法をとる光ファイバレーザ装置では、1つながりの光ファイバを一定の領域に複数回折り返すか、円盤状又は円柱状の領域に巻きつけること等によって光ファイバの束を形成し、このように形成された光ファイバの束を、クラッド層と同じ屈折率を持つ紫外線硬化樹脂等の硬化性物質で隙間なく覆うことにより光ファイバ構造体を形成する。光ファイバ構造体は、クラッド層よりも屈折率の低い低屈折率層でその外部を覆われ、さらに、その周辺には励起光導入部であるLD光源が複数配置される。そして、これらのLD光源によって光ファイバ構造体内部に励起光を導入し、光ファイバ構造体内部に位置するレーザ活性物質を励起してレーザ光を発生させる。このような光ファイバ構造体内部に導入された励起光は、光ファイバ構造体と低屈折率層との境界面で全反射を繰り返しながら光ファイバ構造体内部に閉じ込められ、光ファイバ構造体を構成する光ファイバの束を何度も横切りながらレーザ活性物質への励起光導入を行う。これにより、レーザ活性物質への励起光導入が効率良く行われ、高いレーザ光発生効率を得ることが可能となる。
【0005】
このような光ファイバレーザ装置においてレーザ光を発生させる場合、励起光の導入によって光ファイバ構造体が発熱する。この励起光の導入による熱は、冷却水を循環する水路が設けられた水冷ユニットを用いた水冷、或いは、放熱フィンが設けられた空冷ユニットを用いた空冷等により放熱する必要がある。このような水冷ユニット等の冷却ユニットは、光ファイバ構造体と一体化して構成してもよいが、その場合、例えば、光ファイバ構造の構成部品を単体で修理、交換ができない、或いは、冷却ユニットにトラブルが生じた場合、冷却ユニット等のみを交換できない等の問題が生じる。そのため、冷却ユニットは、光ファイバ構造体と個別に構成し、それらを組み合わせることによって、光ファイバレーザ装置を構成することが望ましい。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光ファイバ構造体は、光ファイバを複数回折り返したり、巻きつけたりして構成した束を樹脂等で固めて構成されているため、その表面には光ファイバの形状を反映した凹凸が表れてしまう。そのため、光ファイバ構造体とそれに取付けられる冷却ユニットとの密着性が低下してしまうこととなり、これにより、光ファイバ構造体から冷却ユニットへの熱伝導性が低下し、十分な放熱効果が得られないという問題点がある。
【0007】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、励起光の導入により発生した熱を効率良く放射できる光ファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
【0008】
また、本発明の他の目的は、励起光の導入により発生した熱を効率良く放射できる光増幅装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、レーザ活性物質に励起光を導入してレーザ光を発生する光ファイバレーザ装置において、前記レーザ活性物質を有するコアと、前記コアを取り囲むクラッド層とを有する光ファイバが配置され、前記励起光を透過し、屈折率が前記クラッド層と等しい封止物質が、前記光ファイバを覆うことによって構成された光ファイバ構造体と、前記レーザ活性物質に前記励起光を導入する励起光導入部と、少なくとも前記クラッド層の屈折率よりも小さな屈折率と流動性とを有するとともに、前記励起光を透過する透明弗素樹脂が用いられ、前記光ファイバ構造体の前記光ファイバが渦巻き状に配置された表面の凹凸に密着して設けられ、前記励起光を前記光ファイバ構造体の内部に閉じ込める低屈折率部と、前記低屈折率部に密着して配置される冷却ユニットと、を有することを特徴とする光ファイバレーザ装置が提供される。
【0010】
ここで、光ファイバはレーザ活性物質に励起光が導入されることによってレーザ光を発生し、励起光導入部はレーザ活性物質に励起光を導入し、低屈折率部は励起光を光ファイバ構造体の内部に閉じ込め、冷却ユニットは、光ファイバ構造体の外部の凹凸に密着して配置されることによって、光ファイバ構造体に生じた熱が効率良く伝えられ、伝わった熱を放熱する。
【0011】
また、レーザ活性物質に励起光を導入して光の増幅を行う光増幅装置において、前記レーザ活性物質を有するコアと、前記コアを取り囲むクラッド層とを有する光ファイバが配置され、前記励起光を透過し、屈折率が前記クラッド層と等しい封止物質が、前記光ファイバを覆うことによって構成された光ファイバ構造体と、前記レーザ活性物質に前記励起光を導入する励起光導入部と、少なくとも前記クラッド層の屈折率よりも小さな屈折率と流動性とを有するとともに、前記励起光を透過する透明弗素樹脂が用いられ、前記光ファイバ構造体の前記光ファイバが渦巻き状に配置された表面の凹凸に密着して設けられ、前記励起光を前記光ファイバ構造体の内部に閉じ込める低屈折率部と、前記低屈折率部に密着して配置される冷却ユニットと、を有することを特徴とする光増幅装置が提供される。
【0012】
ここで、光ファイバはレーザ活性物質に励起光が導入されることによってレーザ光を発生し、励起光導入部はレーザ活性物質に励起光を導入し、低屈折率部は励起光を光ファイバ構造体の内部に閉じ込め、冷却ユニットは、光ファイバ構造体の外部の凹凸に密着して設けられることによって、光ファイバ構造体に生じた熱が効率良く伝えられ、伝わった熱を放熱する。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、本発明における第1の実施の形態について説明する。
【0014】
図2は本形態における光ファイバレーザ装置1の平面図であり、図1は、図2における光ファイバレーザ装置1のA−A断面図である。
光ファイバレーザ装置1は、レーザ光を発生する光ファイバ構造体3、光ファイバ構造体3に励起光を導入する励起光導入部であるレンズダクト2、光ファイバ構造体3に密着して固定され、熱伝導部として機能する熱伝導シート4、及び励起光の導入によって発熱した光ファイバ構造体3等の冷却を行う冷却ユニットである水冷ユニット5によって構成されている。
【0015】
光ファイバ構造体3は、Ndイオン等に代表されるレーザ活性イオン、色素、その他発光中心等のレーザ活性物質を有するコア3caと、それを取り囲むクラッド層3cbとによって構成される1つながりの光ファイバ3c、発生したレーザを引き出すレーザ引出し用光ファイバ3f、光ファイバの一端に取付けられる反射鏡3e、クラッド層3cbとほぼ同じ屈折率を持ち、励起光に対して透明な封止樹脂3d、及びクラッド層3cbよりも小さい屈折率を持つ透明弗素樹脂等の低屈折率部として機能する低屈折率層3aによって構成されている。ここで、反射鏡3eとしては、発生したレーザ光の波長に対して高い反射率を持つものが望ましい。また、クラッド層3cbには、その屈折率がコア3caの屈折率よりも小さいものを用いる。
【0016】
光ファイバ3cは、その一端を中心に配置し、その中心から外部に向かって順次一層の渦巻き状に巻きつけていくことにより、円盤状の平面を形成する。この円盤の中心に位置する光ファイバ3cの一端には反射鏡3eが取付けられ、円盤状の外側に位置する他の一端には、レーザ引出し用光ファイバ3fが取付けられる。
【0017】
このように円盤状に配置された光ファイバ3c及び反射鏡3eは、封止樹脂3dによって円盤状に封止される。このように光ファイバ3cを封止した封止樹脂3dの表面には低屈折率層3aが配置され、これにより、円盤状の光ファイバ構造体3が形成される。
【0018】
円盤状に形成された光ファイバ構造体3の円盤側面には、複数のレンズダクト2がその円盤側面に沿ってある一定の間隔で配置され、各レンズダクト2には、励起光を出力する図示していないLD光源が取付けられる。ここで、各レンズダクト2が配置される向きは、LD光源が出力する励起光を光ファイバ構造体3の円盤側面から中心方向へ導入する向きとする。
【0019】
光ファイバ構造体3の底面には熱伝導シート4が密着して配置される。
熱伝導シート4の材料としては、高い熱伝導性、及び光ファイバ構造体3の表面等の凹凸に対して十分に密着できる柔軟性を有するものであれば特に制限なく使用できる。また、装置稼動時の高温下に長時間さらされても、光ファイバ構造体3及び水冷ユニット5に固着しない非固着性を有するものであればより望ましい。このような条件を満たすものとしては、例えば、耐熱性ゴムの中にそのゴムよりも熱伝導率の高い物質を分散させたシートが挙げられる。具体的には、例えば、耐熱性ゴムとしてシリコンゴムを用い、その内部にボロンナイトライドを分散させたものがある。さらに、機械的強度の向上のため、それらにグラスファイバを添加したものを用いてもよい。
【0020】
光ファイバ構造体3の底面に密着して配置された熱伝導シート4の底面には、水冷ユニット5が密着して配置される。
水冷ユニット5は、その内部に複数の水路を有し、その水路に冷却水を循環させることによって装置の冷却を行う。
【0021】
水冷ユニット5は、装置の冷却効率を高めるために平板構造となっていることが望ましい。また、材料としては、熱伝導性が高く、ある程度の耐熱性があれば特に制限なく使用できるが、熱伝導性及び軽量性を考慮しアルミニウムが望ましい。さらに、使用環境に応じ、その他の熱伝導率の高い金属、例えば銅等を用いることとしてもよい。
【0022】
次に、図1及び図2を用いて、光ファイバレーザ装置1の動作について説明する。
光ファイバレーザ装置1を用いてレーザ光の出力を行う場合、まず、図示していないLD光源によって、レンズダクト2へ励起光を導入する。レンズダクト2へ導入された励起光は、レンズダクト2によって光ファイバ構造体3の円盤側面から光ファイバ構造体3の中心方向に導入される。
【0023】
低屈折率層3aの屈折率は封止樹脂3dの屈折率よりも小さいため、光ファイバ構造体3に導入された励起光は低屈折率層3aと封止樹脂3dとの境界部分で全反射し、光ファイバ構造体3の内部に閉じ込められる。この際、光ファイバ構造体3の内部に閉じ込められた励起光は、この境界部分で全反射を繰り返しながら光ファイバ構造体3の内部に構成されるコア3caを横切り、コア3caの内部に存在するレーザ活性物質を励起する。これにより、光ファイバ構造体3の内部に導入された励起光は、レーザ活性物質に吸収され、或いはその他の損失によって、そのエネルギーを喪失するまで、光ファイバ構造体の内部に存在し、コア3caの内部のレーザ活性物質を有効に励起し続けることとなる。
【0024】
このように励起光が導入されたレーザ活性物質はレーザ光を発生し、発生したレーザ光はコア3caとクラッド層3cbとの境界面で全反射しながら、コア3caの内部を進行する。コア3caの内部を進行したレーザ光は光ファイバ3cの両端に達し、そのうち光ファイバ構造体3の中心に位置する反射鏡3eが取付けられた一端に達したレーザ光は、反射鏡3eで全反射することによってその進行方向を変え、再びコア3ca内部を進行する。これにより、発生したレーザ光はレーザ引出し用光ファイバ3fが取りつけられた一端に集約することが可能となり、その一端に達したレーザ光はレーザ引出し用光ファイバ3fから取出されることとなる。
【0025】
以上のように、光ファイバ構造体3に導入された励起光はレーザ活性物質の励起に用いられることとなるが、その一部は、低屈折率層3aと封止樹脂3dとの境界面、クラッド層3caと封止樹脂3dとの境界面、レーザ活性物質、内部に存在する不純物等での損失によって熱に変換されることとなる。また、この際、レンズダクトに励起光を導入するLD光源自体も発熱することとなる。このように光ファイバ構造体3等で発生した熱は光ファイバ構造体3に密着した熱伝導シート4に効率良く伝えられ、熱伝導シート4に伝わった熱は水冷ユニット5に伝えられることとなる。水冷ユニット5に到達した熱はその内部を流動する冷却水に伝えられ、その冷却水の流動によって外部に放出されることとなる。これにより、励起光の導入によって発生した光ファイバ構造体3の熱を効率良く放出することが可能となる。
【0026】
図3は、本形態における光ファイバレーザ装置1の具体的な構成例を示した組み立て図である。
図3の例では、水冷ユニット5に給水口5a及び排出口5bが設けられており、この給水口5aから水冷ユニット5に冷却水を導入し、導入された冷却水は水冷ユニット5内部を流動した後、排出口5bから排出される。水冷ユニット5の上面には熱伝導シート4が密着して配置され、さらに熱伝導シート4の上面には光ファイバ構造体3が密着して配置される。そして、その上面には、内部を保護するための本体カバー6が配置される。
【0027】
このように、本形態では、光ファイバ構造体3の底面に熱伝導シート4を密着させて配置し、さらに、その熱伝導シート4の底面に水冷ユニット5を密着して配置することとしたため、光ファイバ構造体3の外部表面に凹凸がある場合であっても、励起光導入時において光ファイバ構造体3に生じる熱を効率良く水冷ユニット5に伝えることが可能となり、装置の放熱を効率良く行うことが可能となる。
【0028】
なお、本形態では、光ファイバ3cを渦巻き状に巻きつけて配置し、封止樹脂3dで封止で固めることにより、光ファイバ構造体3を構成することとしたが、光ファイバを複数回折り返し、或いは円筒状に巻きつけられた光ファイバを押し倒す等により光ファイバを平面状に配置し、それを封止樹脂で板状に封止して、光ファイバ構造体3を構成することとしてもよい。
【0029】
また、本形態では、光ファイバ3cを封止樹脂3dで封止して光ファイバ構造体3を構成することとしたが、封止樹脂3dを用いず、各光ファイバ間を溶着し、或いは、クラッド層3cbと屈折率の等しいオイルで光ファイバ間の隙間を満たすことにより光ファイバ構造体3を構成することとしてもよい。
【0030】
さらに、本形態では、熱伝導シート4を光ファイバ構造体3の底面のみに配置し、さらにその底面に水冷ユニット5を配置することとしたが、光ファイバ構造体3の上下面、或いはそれに加えて側面にも熱伝導シートを配置し、それらに水冷ユニットを密着させて配置する構成としてもよい。
【0031】
また、本形態では、熱伝導シート4を低屈折率層3aと水冷ユニット5との間に介在させることとしたが、熱伝導シート4を用いず、低屈折率層3aに直接水冷ユニット5を密着させて配置させる構成としてもよい。この場合、低屈折率層3aとしては、流動性を有し、光ファイバ3cのクラッド層3cb及び封止樹脂3dよりも屈折率が小さく、励起光を透過する物質を用いることが望ましい。このような構成にすることにより、低屈折率層3aが励起光を光ファイバ構造体3に閉じ込める働き、及び光ファイバ構造体3から水冷ユニット5への熱伝導性を高める働きの両方を兼ねることとなり、部品点数の削減を図ることができる。なお、この場合の低屈折率層3aの厚みは、100μm以下であることが望ましい。
【0032】
さらに、本形態では、レーザ光の発生を行う光ファイバレーザ装置1について説明したが、本発明を、光ファイバレーザ装置1の構成から反射鏡3eを排除し、光ファイバ3cの一端から入力光を入力させた光を増幅して他の一端から出力する光増幅装置に対して適用することとしてもよい。
【0033】
次に、本発明における第2の実施の形態について説明する。
本形態は、第1の実施の形態における光ファイバレーザ装置1の変形例である。第1の実施の形態では、水冷により光ファイバレーザ装置1の冷却を行っていたが、第2の実施の形態では空冷によって光ファイバレーザ装置の冷却を行う。なお、以下の説明では、第1の実施の形態との相違点を中心に説明を行い、第1の実施の形態と共通する事項については説明を省略する。
【0034】
図4は、本形態における光ファイバレーザ装置10の構成を示した組み立て図である。
光ファイバレーザ装置10では、光ファイバ構造体3の上下面に熱伝導シート14a、14bを密着させて配置し、さらに、それぞれの熱伝導シート14a、14bに空冷ユニット15、16を密着させて配置する。
【0035】
空冷ユニット15、16は、熱伝導シート14a、14bとの密着性を高めるため、その内面は平坦であることが望ましい。一方、それぞれの外面には、複数の放熱フィン15a、16aが構成される。放熱フィン15a、16aは、空冷ユニット15、16の外面に複数構成されたひだ状の突起物であり、空冷ユニット15、16が外気に接する表面積を広くとり、空冷ユニット15、16の放熱効果を高める働きをする。放熱フィン15a、16aの形状としては、このように外気に対する表面積を広くとれる構造であれば特に制限はない。また、材料としては、熱伝導性が高く、ある程度の耐熱性があれば特に制限なく使用できるが、熱伝導性及び軽量性を考慮しアルミニウムが望ましい。さらに、使用環境に応じ、その他の熱伝導率の高い金属、例えば銅等を用いることとしてもよい。
【0036】
このような構成をとることにより、励起光導入により光ファイバ構造体3に発生した熱は、光ファイバ構造体3に密着された熱伝導シート14a、14bに効率良く伝わり、さらに、熱伝導シート14a、14bに伝わった熱は、それに密着された空冷ユニット15、16に効率良く伝わり、それぞれの放熱フィン15a、16aから外気中に放熱される。
【0037】
このように、空冷ユニット15、16によって冷却を行うこととしても、第1の実施の形態と同様な効果を得ることが可能となる。
なお、本形態では、空冷ユニット15、16のみによって冷却を行うこととしたが、空冷ユニット15、16の内部に冷却水を流動させる構成とし、空冷と水冷とによって冷却を行う構成としてもよい。
【0038】
また、本形態では、光ファイバ構造体3の上下に空冷ユニット15、16を配置することとしたが、上下どちらか一方のみに空冷ユニットを配置する構成としてもよい。
【0039】
さらに、本形態では、熱伝導シート14a、14bを光ファイバ構造体3の低屈折率層3aと空冷ユニット15、16との間に介在させることとしたが、熱伝導シート14a、14bを用いず、低屈折率層3aに直接空冷ユニット15、16を密着させて配置させる構成としてもよい。この場合、低屈折率層3aとしては、流動性を有し、光ファイバ3cのクラッド層3cb及び封止樹脂3dよりも屈折率が小さく、励起光を透過する物質を用いることが望ましい。このような構成にすることにより、低屈折率層3aが励起光を光ファイバ構造体3に閉じ込める働き、及び光ファイバ構造体3から空冷ユニット15、16への熱伝導性を高める働きの両方を兼ねることとなり、部品点数の削減を図ることができる。なお、この場合の低屈折率層3aの厚みは、100μm以下であることが望ましい。
【0040】
また、本形態では、レーザ光の発生を行う光ファイバレーザ装置10について説明したが、本発明を、光増幅装置に対して適用することとしてもよい。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光ファイバレーザ装置では、光ファイバ構造体の外部の凹凸に低屈折率部を設け、その低屈折率部に冷却ユニットを密着させることとしたため、光ファイバ構造体の外部表面に凹凸がある場合であっても、励起光導入時において光ファイバ構造体に生じる熱を効率良く冷却ユニットに伝えることが可能となり、部品点数を増やすことなく、装置の放熱を効率良く行うことができる。
【0042】
また、本発明の光増幅装置では、光ファイバ構造体の外部の凹凸に低屈折率部を設け、その低屈折率部に冷却ユニットを密着させることとしたため、光ファイバ構造体の外部表面に凹凸がある場合であっても、励起光導入時において光ファイバ構造体に生じる熱を効率良く冷却ユニットに伝えることが可能となり、部品点数を増やすことなく、装置の放熱を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光ファイバレーザ装置の断面図である。
【図2】光ファイバレーザ装置の平面図である。
【図3】光ファイバレーザ装置の構成を示した組み立て図である。
【図4】光ファイバレーザ装置の構成を示した組み立て図である。
【符号の説明】
1、10 光ファイバレーザ装置
2 レンズダクト
3 光ファイバ構造体
3a 低屈折率層
3c 光ファイバ
3ca コア
3cb クラッド層
3d 封止樹脂
4、14a、14b 熱伝導シート
5 水冷ユニット
15、16 空冷ユニット
15a、16a 放熱フィン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber laser device that generates laser light by introducing excitation light into a laser active material, and an optical amplification device that amplifies light by introducing excitation light into a laser active material, and in particular, a cooling mechanism for a main body The present invention relates to an optical fiber laser device and an optical amplification device.
[0002]
[Prior art]
In the fields of optical communication and laser processing, there is a demand for the development of a high-power and cheaper laser apparatus. An optical fiber laser device using an optical fiber is known to satisfy such a demand.
[0003]
An optical fiber laser device includes an optical fiber composed of a core having a laser active material and a cladding layer surrounding the core, and a pumping light introducing unit for introducing pumping light into the laser active material. Laser light is generated by introducing excitation light into the core of the fiber. The refractive index of the core is set to be larger than the refractive index of the cladding, and the laser light generated by introducing the pumping light into the laser active material in the core travels through the core while repeating total reflection at the boundary line between the core and the cladding layer. And output from the end face of the optical fiber.
[0004]
When trying to increase the generation efficiency of laser light in an optical fiber laser device, the problem is how efficiently pump light can be introduced into the laser active substance in the core. As a method for increasing the efficiency of introducing excitation light into the laser active material, there is a method of generating laser light by bundling a single optical fiber having a laser active material in a core and introducing the excitation light into the bundle. In an optical fiber laser device using this method, a bundle of optical fibers is formed by diffusing a single continuous optical fiber multiple times around a certain region or by winding it around a disc-like or cylindrical region. An optical fiber structure is formed by covering the bundle of optical fibers with a curable material such as an ultraviolet curable resin having the same refractive index as that of the cladding layer without any gap. The optical fiber structure is covered with a low refractive index layer having a refractive index lower than that of the cladding layer, and a plurality of LD light sources serving as excitation light introducing portions are disposed around the optical fiber structure. Then, excitation light is introduced into the optical fiber structure by these LD light sources, and a laser active substance located inside the optical fiber structure is excited to generate laser light. The pumping light introduced into the optical fiber structure is confined inside the optical fiber structure while repeating total reflection at the interface between the optical fiber structure and the low refractive index layer, thereby forming the optical fiber structure. The excitation light is introduced into the laser active material while traversing the bundle of optical fibers many times. As a result, excitation light is efficiently introduced into the laser active substance, and high laser light generation efficiency can be obtained.
[0005]
When laser light is generated in such an optical fiber laser device, the optical fiber structure generates heat due to the introduction of excitation light. The heat generated by the introduction of the excitation light needs to be dissipated by water cooling using a water cooling unit provided with a water passage for circulating cooling water, or air cooling using an air cooling unit provided with heat radiation fins. Such a cooling unit such as a water cooling unit may be integrated with the optical fiber structure. In this case, for example, the component of the optical fiber structure cannot be repaired or replaced alone, or the cooling unit When trouble occurs, problems such as the inability to replace only the cooling unit or the like arise. For this reason, it is desirable that the cooling unit is configured separately from the optical fiber structure, and the optical fiber laser device is configured by combining them.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the optical fiber structure is formed by bundling a plurality of optical fibers by bending or wrapping them with resin or the like, irregularities reflecting the shape of the optical fiber appear on the surface. End up. As a result, the adhesion between the optical fiber structure and the cooling unit attached to the optical fiber structure decreases, and this reduces the thermal conductivity from the optical fiber structure to the cooling unit, resulting in a sufficient heat dissipation effect. There is no problem.
[0007]
The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide an optical fiber laser device capable of efficiently radiating heat generated by the introduction of excitation light.
[0008]
Another object of the present invention is to provide an optical amplifying device capable of efficiently radiating heat generated by introduction of excitation light.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to solve the above-described problem, an optical fiber laser device that generates laser light by introducing excitation light into a laser active material includes a core having the laser active material and a cladding layer surrounding the core. An optical fiber structure in which an optical fiber is disposed and transmits a pumping light, and a sealing material having a refractive index equal to that of the cladding layer covers the optical fiber; and the laser active material includes the pumping light. an excitation light introducing part for introducing a and having a smaller refractive index than the refractive index of at least the cladding layer and the fluidity, the transparent fluorine resin is used for transmitting the excitation light, the light of the optical fiber structure fibers are provided in close contact with the unevenness of the arrangement surface spirally, and the low refractive index portion to confine said pumping light inside the optical fiber structure, before Optical fiber laser device, characterized in that it comprises a cooling unit disposed in close contact with the low refractive index portion, is provided.
[0010]
Here, the optical fiber generates laser light by introducing pumping light into the laser active material, the pumping light introducing unit introduces pumping light into the laser active material, and the low refractive index unit transmits the pumping light to the optical fiber structure. The cooling unit is confined inside the body and disposed in close contact with the irregularities on the outside of the optical fiber structure, whereby heat generated in the optical fiber structure is efficiently transmitted and the transmitted heat is radiated.
[0011]
Further, in an optical amplifying apparatus for amplifying light by introducing excitation light into a laser active material, an optical fiber having a core having the laser active material and a clad layer surrounding the core is disposed, and the excitation light is An optical fiber structure that is formed by covering the optical fiber with a sealing material that is transparent and has a refractive index equal to that of the cladding layer; an excitation light introduction unit that introduces the excitation light into the laser active material; A transparent fluororesin having a refractive index and fluidity smaller than the refractive index of the cladding layer and transmitting the excitation light is used, and the surface of the optical fiber structure on which the optical fibers are arranged in a spiral shape is used . provided in close contact with irregularities, the low refractive index portion confined within the pumping light the optical fiber structure, a cooling unit disposed in close contact with the low refractive index portion , Optical amplifier, characterized in that it comprises a are provided.
[0012]
Here, the optical fiber generates laser light by introducing pumping light into the laser active material, the pumping light introducing unit introduces pumping light into the laser active material, and the low refractive index unit transmits the pumping light to the optical fiber structure. The cooling unit is confined inside the body and is provided in close contact with the irregularities on the outside of the optical fiber structure, whereby heat generated in the optical fiber structure is efficiently transmitted and the transmitted heat is radiated.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described.
[0014]
FIG. 2 is a plan view of the optical fiber laser device 1 according to this embodiment, and FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line AA of the optical fiber laser device 1 in FIG.
The optical fiber laser device 1 is fixed in close contact with an
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
Thus, the
[0018]
A plurality of
[0019]
A heat conductive sheet 4 is disposed in close contact with the bottom surface of the
As a material of the heat conductive sheet 4, any material can be used without particular limitation as long as it has high heat conductivity and flexibility capable of sufficiently adhering to irregularities such as the surface of the
[0020]
The
The
[0021]
It is desirable that the
[0022]
Next, the operation of the optical fiber laser device 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
When laser light is output using the optical fiber laser device 1, first, excitation light is introduced into the
[0023]
Since the refractive index of the low
[0024]
The laser active material into which the excitation light is introduced in this way generates laser light, and the generated laser light travels inside the core 3ca while being totally reflected at the boundary surface between the core 3ca and the cladding layer 3cb. The laser light traveling inside the core 3ca reaches both ends of the
[0025]
As described above, the excitation light introduced into the
[0026]
FIG. 3 is an assembly diagram illustrating a specific configuration example of the optical fiber laser device 1 according to the present embodiment.
In the example of FIG. 3, the
[0027]
Thus, in this embodiment, the heat conductive sheet 4 is disposed in close contact with the bottom surface of the
[0028]
In this embodiment, the
[0029]
In this embodiment, the
[0030]
Furthermore, in this embodiment, the heat conductive sheet 4 is disposed only on the bottom surface of the
[0031]
Further, in this embodiment, the heat conductive sheet 4 is interposed between the low
[0032]
Furthermore, in this embodiment, the optical fiber laser device 1 that generates laser light has been described. However, the present invention eliminates the reflecting
[0033]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
This embodiment is a modification of the optical fiber laser device 1 in the first embodiment. In the first embodiment, the optical fiber laser device 1 is cooled by water cooling. However, in the second embodiment, the optical fiber laser device is cooled by air cooling. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described, and description of matters common to the first embodiment will be omitted.
[0034]
FIG. 4 is an assembly diagram showing the configuration of the optical
In the optical
[0035]
The
[0036]
By adopting such a configuration, the heat generated in the
[0037]
Thus, even if it cools by the
In this embodiment, the cooling is performed only by the
[0038]
In this embodiment, the
[0039]
Further, in this embodiment, the heat
[0040]
In the present embodiment, the optical
[0041]
【The invention's effect】
As described above, in the optical fiber laser device of the present invention, the low refractive index portion is provided on the irregularities outside the optical fiber structure, and the cooling unit is closely attached to the low refractive index portion. Even when the external surface is uneven, it is possible to efficiently transfer the heat generated in the optical fiber structure to the cooling unit when pump light is introduced, and to efficiently dissipate the device without increasing the number of parts. be able to.
[0042]
Further, in the optical amplifying device of the present invention, since the low refractive index portion is provided on the irregularities outside the optical fiber structure, and the cooling unit is adhered to the low refractive index portion, the irregularities are formed on the external surface of the optical fiber structure. Even when there is a laser beam, the heat generated in the optical fiber structure at the time of introducing the pumping light can be efficiently transmitted to the cooling unit, and the device can be efficiently radiated without increasing the number of components.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical fiber laser device.
FIG. 2 is a plan view of an optical fiber laser device.
FIG. 3 is an assembly diagram showing a configuration of an optical fiber laser device.
FIG. 4 is an assembly diagram illustrating a configuration of an optical fiber laser device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記レーザ活性物質を有するコアと、前記コアを取り囲むクラッド層とを有する光ファイバが配置され、前記励起光を透過し、屈折率が前記クラッド層と等しい封止物質が、前記光ファイバを覆うことによって構成された光ファイバ構造体と、
前記レーザ活性物質に前記励起光を導入する励起光導入部と、
少なくとも前記クラッド層の屈折率よりも小さな屈折率と流動性とを有するとともに、前記励起光を透過する透明弗素樹脂が用いられ、前記光ファイバ構造体の前記光ファイバが渦巻き状に配置された表面の凹凸に密着して設けられ、前記励起光を前記光ファイバ構造体の内部に閉じ込める低屈折率部と、
前記低屈折率部に密着して配置される冷却ユニットと、
を有することを特徴とする光ファイバレーザ装置。In an optical fiber laser device for generating laser light by introducing excitation light into a laser active substance,
An optical fiber having a core having the laser active material and a cladding layer surrounding the core is disposed, and a sealing material that transmits the excitation light and has a refractive index equal to that of the cladding layer covers the optical fiber. An optical fiber structure constituted by:
An excitation light introducing portion for introducing the excitation light into the laser active material;
A surface having a refractive index smaller than the refractive index of the cladding layer and fluidity, and using a transparent fluororesin that transmits the excitation light, and the optical fiber of the optical fiber structure is disposed in a spiral shape A low-refractive-index part that is provided in close contact with the irregularities of the optical fiber structure to confine the excitation light inside the optical fiber structure;
A cooling unit disposed in close contact with the low refractive index portion;
An optical fiber laser device comprising:
前記レーザ活性物質を有するコアと、前記コアを取り囲むクラッド層とを有する光ファイバが配置され、前記励起光を透過し、屈折率が前記クラッド層と等しい封止物質が、前記光ファイバを覆うことによって構成された光ファイバ構造体と、
前記レーザ活性物質に前記励起光を導入する励起光導入部と、
少なくとも前記クラッド層の屈折率よりも小さな屈折率と流動性とを有するとともに、前記励起光を透過する透明弗素樹脂が用いられ、前記光ファイバ構造体の前記光ファイバが渦巻き状に配置された表面の凹凸に密着して設けられ、前記励起光を前記光ファイバ構造体の内部に閉じ込める低屈折率部と、
前記低屈折率部に密着して配置される冷却ユニットと、
を有することを特徴とする光増幅装置。In an optical amplifier that amplifies light by introducing excitation light into a laser active substance,
An optical fiber having a core having the laser active material and a cladding layer surrounding the core is disposed, and a sealing material that transmits the excitation light and has a refractive index equal to that of the cladding layer covers the optical fiber. An optical fiber structure constituted by:
An excitation light introducing portion for introducing the excitation light into the laser active material;
A surface having a refractive index smaller than the refractive index of the cladding layer and fluidity, and using a transparent fluororesin that transmits the excitation light, and the optical fiber of the optical fiber structure is disposed in a spiral shape A low-refractive-index part that is provided in close contact with the irregularities of the optical fiber structure to confine the excitation light inside the optical fiber structure;
A cooling unit disposed in close contact with the low refractive index portion;
An optical amplifying device comprising:
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