JP5479305B2 - 光ファイバ、及び、これを用いたレーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ、及び、これを用いたレーザ装置に関し、更に詳しくは、クラッドを伝播する漏れ光を徐々に放出することができる光ファイバ、及び、これを用いたレーザ装置に関する。

ファイバレーザ装置は、加工機、医療機器、測定器の分野等において用いられ、増幅用光ファイバにおいて増幅された光が出力されるものである。このようなファイバレーザ装置においては、増幅用光ファイバのコアから出力された出力光が、デリバリファイバのコアに入力されて、デリバリファイバにより所望の場所まで伝播されてから、出力される場合がある。

しかし、下記特許文献１に記載されているように、増幅用光ファイバとデリバリファイバとの接続部において、コア同士の軸ずれや、コア同士の角度の不整合や、コア同士のモードフィールドの違い等により、増幅用光ファイバから出力される出力光の一部が、デリバリファイバのクラッドに漏れて、デリバリファイバのクラッドを伝播する場合がある。この場合、クラッドを伝播する漏れ光が、デリバリファイバの被覆層に吸収されて、被覆層が焼損するといった問題が生じることがある。このような問題は、デリバリファイバのコアから出力する出力光がデリバリファイバの端部において反射を起こし、デリバリファイバのクラッドに漏れる場合においても生じる。

下記特許文献２には、このようなクラッドを伝播する漏れ光を光ファイバから放出する技術が記載されている。具体的には、光ファイバの端部付近において、光ファイバの最外層よりも屈折率の高い光漏えい部品が、最外層に接触するように設けられて、この光漏えい部品により、漏れ光を放出するというものである。

特開２００８−１９９０２５号公報 特開２００１−６６４８３号公報

しかし、上記特許文献２においては、光漏えい部品が設けられた位置において、漏れ光が一気に光ファイバの外に放出される。このように漏れ光が一気に光ファイバの外に放出されると、放出される光の強度が強いために、放出された光のあたる部品を局所的に高温にさせる虞がある。

そこで、本発明は、クラッドを伝播する漏れ光を徐々に放出することができる光ファイバ、及び、これを用いたレーザ装置を提供することを目的とする。

本発明の光ファイバは、コアと、前記コアを被覆する内側クラッドと、前記内側クラッドを被覆し、前記内側クラッドの屈折率よりも平均屈折率が低く、前記内側クラッドに所定の波長の光を閉じ込める低屈折率層と、前記低屈折率層を被覆し、前記低屈折率層の前記平均屈折率よりも屈折率が高い外側クラッドと、を有する光ファイバであって、前記低屈折率層における前記内側クラッドの外周面に沿った周方向の一部は、前記内側クラッドの長手方向に沿って欠落しており、前記低屈折率層が欠落している部分は、前記低屈折率層の前記平均屈折率よりも平均屈折率が高く、前記内側クラッドに閉じ込められた光の一部を放出する光放出部とされていることを特徴とするものである。

このような光ファイバによれば、コアに入力する光や、コアから出力する光の一部が、漏れ光として、内側クラッドに漏えいする場合においても、漏れ光は、低屈折率層により、内側クラッドに閉じ込められて、内側クラッドを伝播する。そして、この低屈折率層における内側クラッドの外周面に沿った周方向の一部は、内側クラッドの長手方向に沿って欠落して、光放出部とされているため、漏れ光は、内側クラッドを伝播しながら光放出部から徐々に外側クラッドに放出される。従って、漏れ光が、内側クラッドから一気に放出されることが防止でき、光ファイバが、被覆層で被覆される場合においても、この被覆層が局所的に高温となることが抑制され、熱による劣化を防止することができる。

また、上記光ファイバにおいて、前記低屈折率層には、前記内側クラッドよりも屈折率が低く、前記内側クラッドの長手方向に沿って延在する低屈折率部が、前記周方向に沿って多数設けられており、前記光放出部には、前記低屈折率部が設けられていないことが好ましい。

このような光ファイバは、低屈折率部に多数の低屈折率部が設けられるフォトニック結晶ファイバとすることができ、光放出部の幅寸法を容易に制御できるという更なる効果を奏することができる。

或いは、上記光ファイバにおいて、前記低屈折率層には、前記内側クラッドよりも屈折率が低く、前記内側クラッドの長手方向に沿って延在する低屈折率部が、前記周方向に沿って多数設けられており、前記光放出部には、前記内側クラッドよりも屈折率が低く、前記低屈折率部よりも断面積が小さい低屈折率部が、前記内側クラッドの長手方向に沿って設けられていることが好ましい。

このような光ファイバによれば、光の伝播方向に垂直な断面における構造を対称に近づけることができるので、均質なファイバを作製しやすいという更なる効果を奏することができる。

或いは、上記光ファイバにおいて、前記低屈折率層には、前記内側クラッドよりも屈折率が低く、前記内側クラッドの長手方向に沿って延在する低屈折率部が、前記周方向に沿って多数設けられており、前記光放出部には、前記低屈折率部よりも、屈折率が高い高屈折率部が、前記内側クラッドの長手方向に沿って設けられていることが好ましい。

このような光ファイバによれば、円周方向の構造を対称に近づけることができるので、均質なファイバを作製しやすいという更なる効果を奏することができる。

或いは、上記光ファイバにおいて、前記低屈折率層は、前記内側クラッドよりも屈折率が低く、前記内側クラッドの長手方向に沿って延在すると共に、前記周方向に沿って壁状に設けられた低屈折率部から成ることが好ましい。

このような光ファイバによれば、漏れ光をより強く閉じ込めるという更なる効果を奏することができる。

また、上記光ファイバにおいて、前記低屈折率部は、空孔であることが好ましい。

このような光ファイバによれば、高い開口数（ＮＡ）を確保できるため、より入射角の大きい漏れ光を閉じ込めるという更なる効果を奏することができる。

或いは、上記光ファイバにおいて、前記低屈折率部は、低屈折率ガラスであることが好ましい。

このような光ファイバによれば、低屈折率部がガラスであるため、光ファイバの機械的な強度の低下を抑制することができる。

また、上記光ファイバにおいて、前記光放出部の前記平均屈折率は、前記内側クラッドの屈折率以上であり、かつ、前記外側クラッドの屈折率以下であることが好ましい。

このような光ファイバによれば、内側クラッドを伝播する光を適切に外側クラッドに放出することができる。

また、上記光ファイバにおいて、前記低屈折率層は、前記周方向の複数の箇所において、前記内側クラッドの長手方向に沿って欠落しており、前記低屈折率層が欠落しているそれぞれの部分が、前記光放出部とされていることが好ましい。

このような光ファイバによれば、光ファイバの周方向における複数個所から漏れ光を放出することができるので、光放出部が一カ所のみ設けられている場合と比べて、放出部一箇所あたりの漏れ光強度が同じであるとした場合には、より多くの漏れ光を漏らす特性を容易に実現することができる。

また、本発明のレーザ装置は、上記の光ファイバを備え、前記光ファイバにより出力光が伝播されることを特徴とするものである。

このような、レーザ装置においては、光ファイバを出力光のデリバリファイバとして用いることができると共に、漏れ光が生じて、この漏れ光が光ファイバの内側クラッドを伝播する場合においても、漏れ光を徐々に放出することができる。

更に、上記レーザ装置において、コア及びクラッドを有すると共に、前記光ファイバに端面接続され、前記光ファイバの前記コアに前記出力光を入力する入力用光ファイバをさらに備え、前記入力用光ファイバの前記クラッドの外径は、前記光ファイバの前記内側クラッドの外径以下とされることが好ましい。

このようなレーザ装置によれば、入力用光ファイバにおいて不要な漏れ光が生じて、この漏れ光が入力用光ファイバのクラッドから出力される場合においても、漏れ光を光ファイバの内側クラッドに閉じ込め易くすることができる。

更に、上記レーザ装置において、前記入力用光ファイバは、前記コアに前記所定の波長の光による誘導放出を起こす活性元素が添加された、増幅用光ファイバとされることが好ましい。

このようなレーザ装置によれば、ファイバレーザ装置を構成することができる。

以上のように、本発明によれば、クラッドを伝播する漏れ光を光が伝播する方向に沿って徐々に放出することができる光ファイバ、及び、これを用いたレーザ装置が提供される。

本発明の第１実施形態に係るレーザ装置を示す図である。 図１の増幅用光ファイバの長さ方向に垂直な断面の様子を示す図である。 図１のデリバリファイバの長さ方向に垂直な断面の様子を示す図である。 増幅用光ファイバとデリバリファイバとの接続の様子を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ装置のデリバリファイバの長さ方向に垂直な断面の様子を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るレーザ装置のデリバリファイバの長さ方向に垂直な断面の様子を示す図である。 本発明の第４実施形態に係るレーザ装置のデリバリファイバの長さ方向に垂直な断面の様子を示す図である。 本発明の第５実施形態に係るレーザ装置のデリバリファイバの長さ方向に垂直な断面の様子を示す図である。 本発明の第６実施形態に係るレーザ装置のデリバリファイバの長さ方向に垂直な断面の様子を示す図である。

以下、本発明に係る光ファイバ、及び、これを用いた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。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ装置を示す図である。

図１に示すように、レーザ装置１は、ファイバレーザ装置であり、種光を出力する種光源１０と、励起光を出力する励起光源２０と、種光と励起光とが入力する増幅用光ファイバ３０と、種光源１０及び励起光源２０と増幅用光ファイバ３０とを接続するコンバイナ４０と、増幅用光ファイバ３０に一端が接続されているデリバリファイバ５０としての光ファイバと、を主な構成として備える。

種光源１０は、例えば、レーザダイオードから成るレーザ光源や、ファブリペロー型やファイバリング型のファイバレーザ装置から構成されている。この種光源１０から出力される種光は、特に制限されるものではないが、後述のように後段の増幅用光ファイバ３０に添加される活性元素をイッテルビウム（Ｙｂ）とした場合には、例えば、波長が１０７０ｎｍのレーザ光とされる。また、種光源１０は、コア、及び、コアを被覆するクラッドから構成される種光伝播用ファイバ１５に接続されており、種光源１０から出力される種光は、種光伝播用ファイバ１５のコアを伝播する。種光伝播用ファイバ１５としては、例えば、シングルモードファイバが挙げられ、この場合、種光は種光伝播用ファイバ１５をシングルモード光として伝播する。

励起光源２０は、複数のレーザダイオード２１から構成され、後述のように後段の増幅用光ファイバ３０に添加される活性元素をイッテルビウム（Ｙｂ）とした場合には、例えば、波長が９１５ｎｍの励起光を出力する。また、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１は、励起光伝播用ファイバ２２に接続されており、レーザダイオード２１から出力される励起光は、励起光伝播用ファイバ２２を伝播する。励起光伝播用ファイバ２２としては、例えば、マルチモードファイバが挙げられ、この場合、励起光は励起光伝播用ファイバ２２をマルチモード光として伝播する。

図２は、増幅用光ファイバ３０の長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。図２に示すように、増幅用光ファイバ３０は、コア３１と、コア３１を被覆するクラッド３２と、クラッド３２を被覆する樹脂クラッド３３と、樹脂クラッド３３を被覆する被覆層３４とから構成される。クラッド３２の屈折率はコア３１の屈折率よりも低く、樹脂クラッド３３の屈折率はクラッド３２の屈折率よりもさらに低くされている。コア３１の直径は、例えば、９μｍとされ、クラッド３２の外径は、例えば、１２０μｍとされ、樹脂クラッドの外径は、例えば、２５０μｍとされる。このような、コア３１を構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素、及び、励起光源２０から出力される励起光により励起され、種光源から出力される所定の波長の種光と同じ波長の光を誘導放出可能なイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素が添加された石英が挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ｙｂの他にエルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）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）やクロム（Ｃｒ）等が挙げられる。また、クラッド３２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。また、樹脂クラッド３３を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂が挙げられ、被覆層３４を構成する材料としては、例えば、樹脂クラッド３３を構成する樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂が挙げられる。

コンバイナ４０は、種光伝播用ファイバ１５及びそれぞれの励起光伝播用ファイバ２２と、増幅用光ファイバ３０とを接続している。具体的には、コンバイナ４０において、種光伝播用ファイバ１５のコアが、増幅用光ファイバ３０のコア３１に端面接続されている。さらにコンバイナ４０において、それぞれの励起光伝播用ファイバ２２のコアが、増幅用光ファイバ３０の一端において、クラッド３２に端面接続されている。こうして、種光源１０から出力される種光は、増幅用光ファイバ３０のコア３１に入力され、励起光源２０から出力される励起光は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２に入力される。

図３は、図１のデリバリファイバ５０の長さ方向に垂直な断面の様子を示す図である。図３に示すように、デリバリファイバ５０は、コア５１と、コア５１を被覆する内側クラッド５２と、内側クラッド５２を被覆する低屈折率層６０と、低屈折率層６０を被覆する外側クラッド５４と、外側クラッド５４を被覆する被覆層５５とから構成されている。

コア５１の直径は、例えば、１０μｍとされ、内側クラッド５２の外径は、例えば、１３０μｍとされる。なお、この内側クラッド５２の外径は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の外径以上であることが好ましい。また、コア５１を構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素が添加された石英が挙げられ、内側クラッド５２の材料としては、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。

また、低屈折率層６０は、種光と同じ波長の光や励起光と同じ波長の光といった、所定の波長の光が内側クラッド５２に入力する場合に、この光を内側クラッド５２に閉じ込めるように構成されている。具体的には、内側クラッド５２の長手方向に沿って延在する低屈折率部が、内側クラッド５２の外周面に沿った周方向に沿って多数形成されている。本実施形態においては、この低屈折率部は、それぞれ空孔６１とされており、空孔６１の間には、リブ６２が形成されている。リブ６２は、特に限定されないが、例えば、内側クラッド５２と同様の材料から構成されており、空孔６１には、空気や窒素等の不活性ガスが充填されている。こうして、低屈折率層６０の平均屈折率は、内側クラッド５２の平均屈折率よりも小さくされている。また、それぞれの空孔６１の直径は、内側クラッド５２に所定の波長の光が入力する場合に、この光を閉じ込めることができる限りにおいて、特に限定されないが、例えば、５．０μｍであり、空孔６１の間隔（リブ６２の幅）は、同様に特に限定されないが、例えば、最短部分で、約０．５μｍ（空孔６１の中心間距離が５.５μｍ）とされる。

さらに低屈折率層６０は、図３において破線で示すように、内側クラッド５２の外周面に沿った周方向の一部において欠落している。具体的には、図３の破線で示す部分において、空孔６１が形成されておらず、この部分は、内側クラッド５２に閉じ込められた光の一部を放出する光放出部７０とされ、内側クラッド５２の長手方向に沿って延在する。別言すれば、光放出部７０は、内側クラッド５２に閉じ込められた光の一部が放出されるように、空孔６１の間隔が広くされた部分である。この光放出部７０の屈折率（平均屈折率）は、低屈折率層６０の平均屈折率よりも高くされている。さらに、光放出部７０の屈折率は、内側クラッド５２に閉じ込められた光の一部を放出することができる限りにおいて、特に限定されないが、内側クラッド５２の屈折率以上であることが、内側クラッド５２に閉じ込められた光の一部を適切に放出することができる観点から好ましい。光放出部７０は、このような屈折率を有するため、例えば、内側クラッド５２と同様の材料から構成されている。そして、光放出部７０を挟む空孔６１の間隔、すなわち、光放出部７０の幅は、内側クラッド５２に閉じ込められた光を放出することができる限りにおいて、特に限定されないが、例えば、１０μｍとされる。

また、外側クラッド５４の外径は、例えば、２００μｍとされ、外側クラッド５４の屈折率は、低屈折率層６０の平均屈折率よりも高くされている。この外側クラッド５４は、例えば、内側クラッド５２と同様の材料から構成されている。

また、被覆層５５の外径は、例えば、３００μｍとされている。また、被覆層５５は、屈折率が外側クラッド５４の屈折率より高い材料から構成されており、このような材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂が挙げられる。

図１に示すように、このデリバリファイバ５０の一端５８は、上述のように増幅用光ファイバ３０と接続されており、他端５９には何も接続されておらず自由端とされている。従って、本実施形態においては、デリバリファイバ５０に光を入力する入力用光ファイバが、増幅用光ファイバ３０とされている。

図４は、このような増幅用光ファイバ３０とデリバリファイバ５０との接続の様子を示す図である。なお、理解の容易のために、図４においては、増幅用光ファイバ３０及びデリバリファイバ５０を構成する各部の縮尺が図２、図３と変えられている。図４に示すように、デリバリファイバ５０は、一端５８付近において、被覆層５５が剥離されている。また、増幅用光ファイバ３０は、コンバイナ４０側と反対側の端部である他端３９付近において、樹脂クラッド３３及び被覆層３４が剥離されている。そして、デリバリファイバ５０の一端５８は、増幅用光ファイバ３０の他端３９に端面接続され、デリバリファイバ５０のコア５１と、増幅用光ファイバ３０のコア３１とが接続され、デリバリファイバ５０の内側クラッド５２と増幅用光ファイバ３０のクラッド３２とが接続されている。なお、本実施形態の様にデリバリファイバ５０に出力光を入力する増幅用光ファイバ３０とデリバリファイバ５０とが端面接続される場合においては、上述のように、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の外径が、デリバリファイバ５０の内側クラッド５２の外径以下とされることにより、増幅用光ファイバ３０とデリバリファイバ５０とが端面接続される際、デリバリファイバの空孔が基となり泡が形成されることを抑制することができるため好ましい。

次にレーザ装置１の動作について説明する。

まず、種光源１０から所定の波長の種光が出力されると共に、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から種光の波長とは異なる所定の波長の励起光が出力される。このとき種光の波長は、例えば、上述のように１０７０ｎｍとされ、励起光の波長は、例えば、上述のように９１５ｎｍとされる。種光源１０から出力された種光は、種光伝播用ファイバ１５のコアを伝播して、コンバイナ４０に入力する。また、励起光源２０から出力された励起光は、励起光伝播用ファイバ２２を伝播しコンバイナ４０に入力する。

こうしてコンバイナ４０に入力した種光は、増幅用光ファイバ３０のコア３１に入力して、コア３１を伝播する。一方、コンバイナ４０に入力した励起光は、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２に入力して、クラッド３２を主に伝播する。

そして、励起光がコア３１を通過するときに、コア３１に添加されている活性元素に吸収されて、活性元素を励起する。励起された活性元素は、種光による誘導放出を起こし、この誘導放出により種光が増幅されて、出力光として増幅用光ファイバ３０の他端３９におけるコア３１から出力される。

そして、増幅用光ファイバ３０のコア３１から出力した出力光は、デリバリファイバ５０のコア５１に入力し、コア５１を伝播して、デリバリファイバ５０の他端５９から出力される。

このとき、増幅用光ファイバ３０とデリバリファイバ５０との接続部分において、コア同士の軸ずれや、コア同士の角度の不整合や、コア同士のモードフィールドの違い等により、増幅用光ファイバ３０のコア３１から出力される出力光の一部が漏れ光としてデリバリファイバ５０の内側クラッド５２に入力する場合がある。或いは、デリバリファイバ５０の他端５９から出力される光が、フルネル反射を起こして他端５９側から内側クラッド５２に入力する場合がある。この場合、内側クラッド５２に入力した漏れ光は、低屈折率層６０により、内側クラッド５２に閉じ込められて伝播する。そして、内側クラッド５２を伝播する漏れ光は、伝播するにしたがって光放出部７０から徐々に外側クラッド５４に放出される。そして、徐々に光放出部７０から外側クラッド５４に放出された漏れ光は、被覆層５５に達して、熱に変換され消滅する。

以上説明したように、本実施形態のデリバリファイバ５０としての光ファイバによれば、コア５１に入力する光や、コア５１から出力する光の一部が、漏れ光として、内側クラッド５２に漏えいする場合においても、漏れ光は、低屈折率層６０により、内側クラッド５２に閉じ込められて、内側クラッド５２を伝播する。そして、この低屈折率層６０における内側クラッド５２の外周面に沿った周方向の一部は、内側クラッド５２の長手方向に沿って欠落して、光放出部７０とされているため、漏れ光は、内側クラッド５２を伝播しながら光放出部７０から徐々に外側クラッド５４に放出される。従って、漏れ光が、内側クラッド５２から光が伝播する方向において短い距離の領域で一気に放出されることが防止でき、光ファイバが、被覆層５５で被覆される場合においても、被覆層５５において、光が徐々に熱に変換されるので、この被覆層５５を焼損することを防止することができる。

また、上述のように、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の外径が、デリバリファイバ５０の内側クラッド５２の外径以下とされている場合においては、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２から不要な光が出力される場合においても、この漏れ光をデリバリファイバ５０の内側クラッド５２に閉じ込め易くすることができる。例えば、増幅用光ファイバ３０のコア３１から光が漏えいして、この光がクラッド３２を伝播して出力される場合や、クラッド３２を伝播する励起光が種光の増幅に使用されずに余剰励起光をして出力される場合に、クラッド３２から出力される光を漏れ光として、デリバリファイバ５０の内側クラッドに閉じ込めやすくすることができる。

また、本実施形態のデリバリファイバ５０は、低屈折率層６０には、内側クラッド５２の長手方向に沿って延在する空孔６１が、内側クラッド５２の外周面に沿った周方向に沿って多数設けられており、光放出部７０には、空孔６１が設けられていない構成であるため、高いＮＡを確保でき、より入射角の大きい漏れ光を閉じ込めることができる。

また、このようなデリバリファイバ５０を備えたレーザ装置１によれば、漏れ光が生じても、この漏れ光を徐々に放出することができるため、安全で信頼性の高いレーザ装置にすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５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、同一の参照符号を付して、特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図５は、本発明の第２実施形態に係るレーザ装置のデリバリファイバの長さ方向に垂直な断面の様子を示す図である。

図５に示すように、本実施形態のデリバリファイバ５０としての光ファイバは、光放出部７０において、内側クラッド５２よりも屈折率が低い低屈折率部としての空孔７１が、内側クラッド５２の長手方向に沿って形成されている点において、第１実施形態のデリバリファイバ５０と異なる。

空孔７１は、長さ方向に垂直な面における断面積が、低屈折率層６０におけるそれぞれの空孔６１の断面積よりも小さくされている。また空孔７１には、空孔６１と同様に空気や不活性ガス等が充填されている。また、空孔７１と、空孔７１の隣の空孔６１との間隔は、それぞれの空孔６１同士の間隔よりも広くされている。従って、光放出部７０の平均屈折率は、低屈折率層６０の平均屈折率よりも高くされている。

この空孔７１の直径は、内側クラッド５２に閉じ込められた光の一部を放出することができる限りにおいて、特に限定されないが、例えば、２μｍとされ、空孔７１と、空孔７１の隣の空孔６１との間隔は、同様に特に限定されないが、例えば、４μｍとされる。

本実施形態におけるデリバリファイバ５０によれば、空孔が無い構造と比較して漏れ光の放出割合を小さくする特性を容易に実現することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図６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、同一の参照符号を付して、特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図６は、本発明の第３実施形態に係るレーザ装置のデリバリファイバの長さ方向に垂直な断面の様子を示す図である。

本実施形態における、光ファイバとしてのデリバリファイバ５０は、第１実施形態のデリバリファイバ５０における空孔６１内に、低屈折率ガラスが充填された低屈折率部６３とされている。

低屈折率部６３は、内側クラッド５２の屈折率よりも屈折率が低くされている。そして、低屈折率部６３と内側クラッド５２との比屈折率差は、内側クラッド５２に所定の波長の光が入力する場合に、この光を閉じ込めることができる限りにおいて、特に限定されないが、例えば、０．３％とされる。このような低屈折率部６３の材料としては、例えば、屈折率を下げるフッ素（Ｆ）等の元素が添加された石英が挙げられる。

本実施形態によるデリバリファイバ５０によれば、低屈折率層６０に空孔を設ける必要が無いため、デリバリファイバ５０の機械的な強度を損なうことを防止することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図７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、同一の参照符号を付して、特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図７は、本発明の第４実施形態に係るレーザ装置のデリバリファイバの長さ方向に垂直な断面の様子を示す図である。

本実施形態における、光ファイバとしてのデリバリファイバ５０は、光放出部７０において、低屈折率層６０の平均屈折率よりも屈折率が高い高屈折率部７２が、内側クラッド５２の長手方向に沿って形成されている点において、第１実施形態のデリバリファイバ５０と異なる。

高屈折率部７２の屈折率は、低屈折率層６０の屈折率よりも高く、内側クラッド５２に閉じ込められた光の一部を放出することができる限りにおいて、特に限定されないが、内側クラッド５２の屈折率以上であり、かつ、外側クラッド５４の屈折率以下であることが好ましい。従って、高屈折率部７２の材料としては、例えば、内側クラッド５２の材料と同様の材料や、屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素が添加された石英が挙げられる。

また、高屈折率部７２の直径は、例えば、空孔６１と同様の直径とされ、高屈折率部７２と、高屈折率部７２の隣の空孔６１との間隔は、例えば、空孔６１同士の間隔と同様の間隔とされる。

本実施形態における、デリバリファイバ５０によれば、光の伝播方向に垂直な断面における構造を対称に近づけることができるので、均質なファイバを作製しやすいという更なる効果を奏する。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図８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、同一の参照符号を付して、特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図８は、本発明の第５実施形態に係るレーザ装置のデリバリファイバの長さ方向に垂直な断面の様子を示す図である。

本実施形態における、光ファイバとしてのデリバリファイバ５０は、低屈折率層６０が、内側クラッド５２よりも屈折率が低く、内側クラッド５２の長手方向に沿って延在すると共に、内側クラッド５２の外周面に沿った周方向に沿って壁状に設けられた低屈折率部６７から成る点において、第１実施形態のデリバリファイバ５０と異なる。

すなわち、低屈折率部６７は、デリバリファイバ５０の長手方向に垂直な断面において、略Ｃ字型の形状をしており、低屈折率部６７が欠落している部分が、第１実施形態のデリバリファイバ５０と同様に光放出部７０とされている。この低屈折率部６７は、例えば、第３実施形態の低屈折率部６３と同様の材料から構成される。

本実施形態におけるデリバリファイバ５０によれば、断面の円周方向における光放出部７０以外の円周方向において漏れ光をより強く閉じ込めるという更なる効果を奏することができる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６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、同一の参照符号を付して、特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図９は、本発明の第６実施形態に係るレーザ装置のデリバリファイバの長さ方向に垂直な断面の様子を示す図である。

図９に示すように本実施形態におけるデリバリファイバ５０は、低屈折率層６０が、内側クラッド５２の外周面に沿った周方向の複数の箇所において、内側クラッド５２の長手方向に沿って欠落しており、この低屈折率層６０が欠落しているそれぞれの部分が、光放出部７０とされている点において、第１実施形態のデリバリファイバ５０と異なる。

それぞれの光放出部７０は、第１実施形態における光放出部７０と同様の構成とされる。

このようなデリバリファイバ５０によれば、デリバリファイバの周方向における複数個所から漏れ光を放出することができるので、第１実施形態におけるデリバリファイバの様に光放出部７０が一カ所のみ設けられている場合と比べて、それぞれの光放出部７０から放出される漏れ光の強度を弱くすることができる。

以上、本発明について、第１〜第６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い。

例えば、上記実施形態において、本発明のレーザ装置がファイバレーザ装置である例で説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、本発明のレーザ装置が固体レーザ装置であり、本発明の光ファイバが固体レーザ装置のデリバリファイバとして用いられても良い。

また、上記実施形態において、本発明の光ファイバがデリバリファイバ５０として用いられる例で説明をしたが、本発明の光ファイバは、デリバリファイバ以外に適用されても良い。

また、上記実施形態において、デリバリファイバ５０としての光ファイバに、増幅用光ファイバ３０を直接接続して、増幅用光ファイバ３０をデリバリファイバ５０に光を入力するための入力用光ファイバとして用いたが、増幅用光ファイバ３０とデリバリファイバ５０との間において、コア及びクラッドを有する他の光ファイバを介在させて、この他の光ファイバを入力用光ファイバとしても良い。

また、上記実施形態において、デリバリファイバ５０の一端５８に接続される増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の外径が、デリバリファイバ５０の内側クラッド５２以下とされたが、本発明はこれに限らず、デリバリファイバ５０に接続される増幅用光ファイバ３０のクラッド３２の外径が、デリバリファイバ５０の内側クラッド５２の外径よりも大きくても良い。

また、第２実施形態の空孔７１に第４実施形態の高屈折率部７２と同様の材料を充填しても良い。さらに第３実施形態の光放出部７０に第２実施形態の空孔７１と同様の空孔を形成しても良く、第４実施形態の高屈折率部７２と同様の高屈折率部を設けても良い。

また、第５実施形態の光放出部７０に第２実施形態の空孔７１と同様の空孔を形成しても良く、第４実施形態の高屈折率部７２と同様の高屈折率部を設けても良く、或いは、光放出部７０全体を第４実施形態の高屈折率部７２と同様の材料により充填しても良い。

また、第２実施形態〜第５実施形態のデリバリファイバ５０においても、第６実施形態と同様に、光放出部７０を複数設けても良い。

また、第５実施形態の低屈折率部６７を空孔によって形成しても良い。ただし、この場合においては、強度を担保する観点から、上述のように光放出部７０を複数設けることが好ましい。

以下、実施例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。

第１実施形態のデリバリファイバと同様の光ファイバを作製した。この光ファイバは、コアの直径が１０μｍであり、内側クラッドの外径が１３０μｍであり、外側クラッドの外径が２００μｍであり、被覆層の外径が３００μｍとなるようにした。さらに、低屈折率層には、直径が５．０μｍの空孔を７６個形成し、空孔同士の中心間距離を５．５μｍにした。そして、空孔と空孔との間隔が６μｍ離れた光放出部を設けた。このコアの材料は、ゲルマニウムが３質量％添加された石英とし、内側クラッド、及び、外側クラッドの材料は、何らドーパントが添加されていない純粋石英とし、被覆層の材料は、紫外線硬化樹脂とした。また、この光放出部の材料は、内側クラッドと同様の材料とした。

次に、第１実施形態と同様の増幅用光ファイバを準備した。この増幅用光ファイバは、コアの直径が９μｍであり、クラッドの外径が１２０μｍであり、樹脂クラッドの２５０μｍとした。この増幅用光ファイバのコアの材料は、ゲルマニウムが３質量％とイッテルビウムが１質量％添加された石英とし、内側クラッド、及び、外側クラッドの材料は、何らドーパントが添加されていない純粋石英とし、樹脂クラッドの材料は、紫外線硬化樹脂とした。

次に、準備した光ファイバと増幅用光ファイバとを端面接続して、増幅用光ファイバに種光及び励起光を入力して、この励起光の一部が、余剰励起光として増幅用光ファイバのクラッドから５Ｗ出力されて、光ファイバの内側クラッドに入力されるようにした。

そして、光ファイバの被覆層の温度を常温にて測定した。その結果、光ファイバの被覆層は、６０までしか上昇せず、熱による損傷が生じなかった。

これより、本発明による光ファイバによれば、内側クラッドに入力した励起光が、徐々に放出されているものと考えられる。

本発明によれば、クラッドを伝播する漏れ光を徐々に放出することができる光ファイバ、及び、これを用いたレーザ装置が提供される。

１・・・レーザ装置
１０・・・種光源
１５・・・種光伝播用ファイバ
２０・・・励起光源
２１・・・レーザダイオード
２２・・・励起光伝播用ファイバ
３０・・・増幅用光ファイバ
３１・・・コア
３２・・・クラッド
３３・・・樹脂クラッド
３４・・・被覆層
４０・・・コンバイナ
５０・・・デリバリファイバ
５１・・・コア
５２・・・内側クラッド
５４・・・外側クラッド
５５・・・被覆層
６０・・・低屈折率層
６１・・・空孔
６２・・・リブ
６３、６７・・・低屈折率部
７０・・・光放出部
７１・・・空孔
７２・・・高屈折率部

Claims (10)

1. コアと、
   前記コアを被覆する内側クラッドと、
   前記内側クラッドを被覆し、前記内側クラッドの屈折率よりも平均屈折率が低く、前記内側クラッドに所定の波長の光を閉じ込める低屈折率層と、
   前記低屈折率層を被覆し、前記低屈折率層の前記平均屈折率よりも屈折率が高い外側クラッドと、
   を有する光ファイバであって、
   前記低屈折率層における前記内側クラッドの外周面に沿った周方向の一部は、前記内側クラッドの長手方向に沿って欠落しており、
   前記低屈折率層が欠落している部分は、前記低屈折率層の前記平均屈折率よりも平均屈折率が高く、前記内側クラッドに閉じ込められた光の一部を放出する光放出部とされ、
   前記低屈折率層には、前記内側クラッドよりも屈折率が低く、前記内側クラッドの長手方向に沿って延在する低屈折率部が、前記周方向に沿って所定の間隔で多数設けられており、
   前記光放出部には、前記低屈折率部が設けられておらず、前記光放出部を挟んで互いに隣り合う前記低屈折率部の間隔は、前記所定の間隔よりも大きい
   ことを特徴とする光ファイバ。
2. コアと、
   前記コアを被覆する内側クラッドと、
   前記内側クラッドを被覆し、前記内側クラッドの屈折率よりも平均屈折率が低く、前記内側クラッドに所定の波長の光を閉じ込める低屈折率層と、
   前記低屈折率層を被覆し、前記低屈折率層の前記平均屈折率よりも屈折率が高い外側クラッドと、
   を有する光ファイバであって、
   前記低屈折率層における前記内側クラッドの外周面に沿った周方向の一部は、前記内側クラッドの長手方向に沿って欠落しており、
   前記低屈折率層が欠落している部分は、前記低屈折率層の前記平均屈折率よりも平均屈折率が高く、前記内側クラッドに閉じ込められた光の一部を放出する光放出部とされ、
   前記低屈折率層には、前記内側クラッドよりも屈折率が低く、前記内側クラッドの長手方向に沿って延在する低屈折率部が、前記周方向に沿って所定の間隔で多数設けられており、
   前記光放出部には、前記内側クラッドよりも屈折率が低く、前記低屈折率部よりも断面積が小さい低屈折率部が、前記内側クラッドの長手方向に沿って設けられており、前記光放出部の前記低屈折率部と、前記光放出部の前記低屈折率部に隣り合う前記低屈折率層の前記低屈折率部との間隔は、前記所定の間隔より大きい
   ことを特徴とする光ファイバ。
3. コアと、
   前記コアを被覆する内側クラッドと、
   前記内側クラッドを被覆し、前記内側クラッドの屈折率よりも平均屈折率が低く、前記内側クラッドに所定の波長の光を閉じ込める低屈折率層と、
   前記低屈折率層を被覆し、前記低屈折率層の前記平均屈折率よりも屈折率が高い外側クラッドと、
   を有する光ファイバであって、
   前記低屈折率層における前記内側クラッドの外周面に沿った周方向の一部は、前記内側クラッドの長手方向に沿って欠落しており、
   前記低屈折率層が欠落している部分は、前記低屈折率層の前記平均屈折率よりも平均屈折率が高く、前記内側クラッドに閉じ込められた光の一部を放出する光放出部とされ、
   前記低屈折率層には、前記内側クラッドよりも屈折率が低く、前記内側クラッドの長手方向に沿って延在する低屈折率部が、前記周方向に沿って多数設けられており、
   前記光放出部には、前記内側クラッドよりも屈折率が高い高屈折率部が、前記内側クラッドの長手方向に沿って設けられている
   ことを特徴とする光ファイバ。
4. 前記低屈折率部は、空孔であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバ。
5. 前記低屈折率部は、低屈折率ガラスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバ。
6. 前記光放出部の前記平均屈折率は、前記内側クラッドの屈折率以上であり、かつ、前記外側クラッドの屈折率以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ファイバ。
7. 前記低屈折率層は、前記周方向の複数の箇所において、前記内側クラッドの長手方向に沿って欠落しており、前記低屈折率層が欠落しているそれぞれの部分が、前記光放出部とされていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ファイバ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ファイバを備え、
   前記光ファイバにより出力光が伝播される
   ことを特徴とするレーザ装置。
9. コア及びクラッドを有すると共に、前記光ファイバに端面接続され、前記光ファイバの前記コアに前記出力光を入力する入力用光ファイバをさらに備え、
   前記入力用光ファイバの前記クラッドの外径は、前記光ファイバの前記内側クラッドの外径以下とされる
   ことを特徴とする請求項８に記載のレーザ装置。
10. 前記入力用光ファイバは、前記コアに前記所定の波長の光による誘導放出を起こす活性元素が添加された、増幅用光ファイバとされる
    ことを特徴とする請求項９に記載のレーザ装置。

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