JP6033736B2 - Optical fiber for laser device having optical absorption function - Google Patents
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Description
本発明は、主にファイバレーザ装置に使用される、レーザ装置用光ファイバに関する。 The present invention relates to an optical fiber for a laser device mainly used for a fiber laser device.
レーザ加工や医療用途などへの適用を目的として、ファイバレーザは、高効率でしかも高ビーム品質のレーザ光を簡単に取り出せるという理由で注目を集めている。
一般的なファイバレーザ装置は、図1に示すような構成をしている。
すなわち、信号光源1から発生した信号光2と、励起光源3から発生する励起光4を、光結合器5を介して希土類元素を添加したコアを有する増幅用光ファイバ7へ入力し、励起光4がコアに添加された希土類元素に作用することで、増幅用光ファイバ7のコアを伝搬する信号光2を増幅し、高エネルギーを有するレーザ光10を得る。
For the purpose of application to laser processing and medical applications, fiber lasers are attracting attention because they can easily extract laser light with high efficiency and high beam quality.
A general fiber laser apparatus has a configuration as shown in FIG.
That is, the signal light 2 generated from the signal light source 1 and the pumping light 4 generated from the
増幅用光ファイバ7に入力された励起光4の一部は、クラッドを伝搬して増幅用光ファイバ7の出射端まで到達する。増幅用光ファイバ7の出射端にはレーザ出射用の光ファイバ9などが接続されることが多いが、クラッド伝搬光は接続先の光ファイバのコアに入力されずに、接続部8で放射されるのが通常である。
Part of the excitation light 4 input to the amplification
この接続部8で放射されたクラッド伝搬光が周囲に存在する部品などに吸収されることによって予期せぬ発熱が発生し、部品や光ファイバに損傷が発生する場合がある。
このため、クラッド伝搬光が増幅用光ファイバ7の出射端に到達する前に除去して放熱させる方法が取られている。
The clad propagating light radiated from the connection portion 8 is absorbed by components existing in the surrounding area, and unexpected heat generation may occur, which may cause damage to the components and the optical fiber.
For this reason, a method is adopted in which the clad propagation light is removed and radiated before reaching the emission end of the amplification
クラッド伝搬光を吸収する方法として、特許文献1のようにクラッドにクラッド伝搬光を吸収するドーパントを添加する方法や、特許文献2のようにクラッドの周囲に光吸収体を設ける方法が知られている。 As a method of absorbing the clad propagation light, a method of adding a dopant that absorbs the clad propagation light to the clad as in Patent Document 1 and a method of providing a light absorber around the clad as of Patent Document 2 are known. Yes.
しかしながら、特許文献1のようにドーパントを添加する方法は、均一にドーパントが分布するようクラッド材を形成する必要があり、手間・コストが非常に掛かるという難点が存在する。加えて、クラッド全体にドーパントが添加されているため、光ファイバの長手方向の特定の位置のみでクラッド伝搬光を吸収させたい場合には不向きな方法である。 However, the method of adding a dopant as in Patent Document 1 requires the formation of a clad material so that the dopant is uniformly distributed, and there is a problem that it takes much time and cost. In addition, since the dopant is added to the entire cladding, this method is not suitable for absorbing the clad propagation light only at a specific position in the longitudinal direction of the optical fiber.
一方、特許文献2のように光吸収体を設ける方法は、必要な箇所のみに光吸収体を設けることができるため、光ファイバの長手方向の特定の位置のみでクラッド伝搬光を吸収させたい場合に有効な方法である。しかしながら、光吸収体を設けた部分の寸法が大きくなってしまうため、小型化が必要な際には不向きな方法である。 On the other hand, the method of providing a light absorber as in Patent Document 2 can provide a light absorber only at a necessary location, so that it is desired to absorb clad propagation light only at a specific position in the longitudinal direction of the optical fiber. This is an effective method. However, since the size of the portion provided with the light absorber is increased, this method is not suitable when downsizing is required.
本発明の課題は、ドーパントや光吸収体を使用せずとも、不要な伝搬光を吸収する機能を有する、光ファイバを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical fiber having a function of absorbing unnecessary propagation light without using a dopant or a light absorber.
本発明者は、光ファイバの材料として広く使用されている石英ガラスの主成分である二酸化ケイ素に放射線を照射すると、酸素が欠乏して光学特性が変化した領域が形成されることに注目し、この光学特性が変化した領域に光を吸収させることで、従来の問題を解消できることを究明した。 The present inventor noticed that when silicon dioxide, which is the main component of quartz glass widely used as a material for optical fibers, is irradiated with radiation, a region in which optical properties are changed due to lack of oxygen is formed. It was clarified that the conventional problem can be solved by absorbing light in the region where the optical characteristics have changed.
本発明によって提供されるレーザ装置用光ファイバは、二酸化ケイ素が主成分であり、酸素が欠乏した二酸化ケイ素の領域が存在する光ファイバの少なくとも一端に、増幅用光ファイバを接続したことを特徴とする。 The laser device for optical fibers provided by the present invention is silicon dioxide main component, characterized in that the region of the silicon dioxides oxygen is deficient in at least one end of the existing optical fiber was connected to the amplification optical fiber And
本発明のレーザ装置用光ファイバにあっては、以下に記載した優れた効果が期待できる。
(1)ドーパントや光吸収体といった、光ファイバに対する新たな物質・物品を追加することなく、比較的簡便・安価に光吸収機能を得ることができる。
(2)任意の位置に酸素欠乏領域を設けることで、光ファイバの長手方向の特定の位置のみでクラッド伝搬光を吸収させることができる。
In the optical fiber for a laser device of the present invention, the excellent effects described below can be expected.
(1) It is possible to obtain a light absorption function relatively easily and inexpensively without adding new substances / articles for optical fibers such as dopants and light absorbers.
(2) By providing the oxygen-deficient region at an arbitrary position, the clad propagation light can be absorbed only at a specific position in the longitudinal direction of the optical fiber.
以下、本発明に使用する光ファイバの基本的構成を、添付図面を参照しながら説明する。
図2において、11は光ファイバ、12は光ファイバのコア、13は光ファイバのクラッド、14は酸素欠乏領域である。
本発明で特徴的なことは、光ファイバ11の主成分を二酸化ケイ素とし、光ファイバに二酸化ケイ素の酸素が欠乏した領域14が存在することである。
Hereinafter, a basic configuration of an optical fiber used in the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
In FIG. 2, 11 is an optical fiber, 12 is an optical fiber core, 13 is an optical fiber cladding, and 14 is an oxygen-deficient region.
What is characteristic in the present invention is that the main component of the
酸素が欠乏した二酸化ケイ素は、通常化学式でSiO2と表記されている状態からSiOx(0<x<2)という状態に変化する。この変化に伴って二酸化ケイ素を主成分として構成された材料に分子レベルでの構造欠陥が発生し、光学特性も変化する。この光学特性の変化により、赤外線吸収機能を有するようになるため、その酸素欠乏領域で光を吸収することができる。この酸素欠乏領域14は、二酸化ケイ素に放射線を照射することによって形成することができる。放射線として、エックス線、ガンマ線が好ましい。
Oxygen-deficient silicon dioxide usually changes from a state expressed as SiO 2 in a chemical formula to a state of SiO x (0 <x <2). Along with this change, structural defects at the molecular level occur in the material composed mainly of silicon dioxide, and the optical characteristics also change. Due to the change in the optical characteristics, an infrared absorption function is provided, so that light can be absorbed in the oxygen-deficient region. This oxygen-
この酸素欠乏領域14を、図2に示したようにクラッド13内のみに形成すれば、クラッド伝搬光を効率的に吸収することができる。
なお、図2は光ファイバ11の先端部のクラッド13内に酸素欠乏領域14を形成した場合を示しているが、図3のようにクラッド13全体を酸素欠乏領域14としても良いし、図示しないが、光ファイバ11の中間部のクラッド13内に酸素欠乏領域14を形成しても良い。
If this oxygen-
2 shows a case where the oxygen-
また、酸素欠乏領域14をクラッド13内のみに形成する際は、図4のように酸素欠乏領域14と光ファイバのコア12を隣接させないようにするのが好ましい。コア12と酸素欠乏領域14が隣接していると、コア12と酸素欠乏領域14の界面でコア12を伝搬する光が酸素欠乏領域14に吸収されやすいためである。
In forming the oxygen-
酸素欠乏領域14と光ファイバ11のコア12を隣接させない方法として、光ファイバ11をダブルクラッド構造とすることが挙げられる。すなわち、光ファイバ11をコア12、第1クラッド13A、第2クラッド13Bから構成されるダブルクラッドファイバとし、第2クラッド13B内のみに酸素欠乏領域14を形成させることで、コア12と酸素欠乏領域14が隣接しない光ファイバ11となる。
As a method for preventing the oxygen-
実際にクラッド13内のみに酸素欠乏領域14が形成された光ファイバ11を得るには、光ファイバ11に直接放射線を照射するより、光ファイバ11の材料となる母材の状態で放射線を照射するのが好ましい。クラッド13となる母材に放射線を照射して酸素欠乏領域を形成し、この母材を用いて一般的な光ファイバの製造方法である線引き法によって光ファイバを製造すると、クラッド13内のみに酸素欠乏領域14が形成された光ファイバ11を得ることができる。
Actually, in order to obtain the
図4のように光ファイバ11をダブルクラッド構造とする場合は、第2クラッド13Bとなる母材のみに放射線を照射して、酸素欠乏領域14を形成させれば良い。
When the
本発明のレーザ装置用光ファイバの実施例を示す。
石英ガラス製の第1、第2クラッド用母材を準備し、第2クラッド用母材の全体にエックス線を照射して酸素欠乏領域を形成した。
これらの第1、第2クラッド用母材と、石英ガラス製のコア用母材を使用して線引きを行い、コア径20μm、第1クラッド径400μm、第2クラッド径550μm、NA=0.06の光ファイバを得た。この光ファイバは第2クラッド全体が酸素欠乏領域となっている。
The Example of the optical fiber for laser apparatuses of this invention is shown.
First and second cladding base materials made of quartz glass were prepared, and the entire second cladding base material was irradiated with X-rays to form an oxygen-deficient region.
Drawing is performed using the first and second cladding base materials and the core base material made of quartz glass, the core diameter is 20 μm, the first cladding diameter is 400 μm, the second cladding diameter is 550 μm, and NA = 0.06. An optical fiber was obtained. In this optical fiber, the entire second cladding is an oxygen-deficient region.
このようにして得た光ファイバを長さ10mmに切断し、両端を研磨したものを、図5に示すように、ファイバレーザ装置に使用される増幅用光ファイバの出射端側に融着接続して、本発明のレーザ装置用光ファイバを作製した。
このレーザ装置用光ファイバをファイバレーザ装置に組み込み、クラッド伝搬光吸収能力の評価試験を行ったところ、ドーパントや光吸収体を使用した時と同等の吸収能力があり、本発明のレーザ装置用光ファイバはファイバレーザ装置で使用される光ファイバとして十分な機能が確保されていることが確認できた。
The optical fiber thus obtained was cut to a length of 10 mm, and both ends polished, as shown in FIG. 5, fused and connected to the output end side of the amplification optical fiber used in the fiber laser device. Thus, an optical fiber for a laser device of the present invention was produced .
Incorporating the laser device for optical fiber to the fiber laser device was subjected to evaluation tests of the clad propagation light absorption capacity, have an equivalent absorption capacity and when using dopant or light absorber, optical laser apparatus of the present invention It was confirmed that the fiber has a sufficient function as an optical fiber used in the fiber laser device.
以上の例は、本発明の一例に過ぎず、本発明の思想の範囲内であれば、種々の変更および応用が可能であることは言うまでもない。例えば、本発明のレーザ装置用光ファイバは、使用されるファイバレーザ装置などに応じて、コア/クラッド径、開口数、酸素欠乏領域の範囲・数などを、適宜変更されて供されることは言うまでもない。
The above examples are merely examples of the present invention, and it goes without saying that various modifications and applications are possible within the scope of the idea of the present invention. For example, the optical fiber for a laser device of the present invention can be provided by appropriately changing the core / cladding diameter, the numerical aperture, the range / number of oxygen-deficient regions, etc. according to the fiber laser device used. Needless to say.
1 信号光源
2 信号光
3 励起光源
4 励起光
5 光結合器
6 光結合器と増幅用光ファイバの接続部
7 増幅用光ファイバ
8 増幅用光ファイバとレーザ出射用光ファイバの接続部
9 レーザ出射用光ファイバ
10 レーザ光
11 光ファイバ
12 光ファイバのコア
13 光ファイバのクラッド
13A 光ファイバの第1クラッド
13B 光ファイバの第2クラッド
14 酸素欠乏領域
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