JP6034708B2

JP6034708B2 - 光増幅部品及びファイバレーザ装置

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Description

本発明は光増幅部品及びファイバレーザ装置に関し、増幅用光ファイバを放熱させる場合に好適なものである。

増幅用光ファイバを伝搬する励起光の一部は、当該増幅用光ファイバにおける伝送損失により熱に変わる。また、増幅用光ファイバのコアに添加される活性元素が励起光によって励起され、当該活性元素から光が放出される場合にも熱が発生する。これらの熱に基づいて増幅用光ファイバが短命となる傾向がある。この傾向は、近年におけるファイバレーザ装置の高出力化の要請に伴って高まっている。

下記特許文献１では、増幅用光ファイバを放熱板に固定する技術が開示されており、当該技術を用いれば増幅用光ファイバにおける発熱を低減できるものと考えられる。

特開２０１０−１７７５５３

ところが、上記特許文献１では、当該放熱板に配置されていない部分では発熱に起因する劣化が起こり易いという課題があった。

そこで本発明は、増幅用光ファイバの寿命を向上させ得る光増幅部品及びファイバレーザ装置を提供することを目的とする。

本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討した結果、増幅用光ファイバの両端部から励起光を入射した場合には、増幅用光ファイバの端部における発熱量が最も大きく増幅用光ファイバの中央部に近づくほど発熱量が小さい発熱量分布となることが見出された。

したがって、このような発熱量分布となる増幅用光ファイバ全体を、放熱板にどのようにして配置すべきかが新たに課題となり、当該課題に対してさらに鋭意検討が重ねられ本発明に至った。

本発明の光増幅部品は、放熱板と、前記放熱板に配置される増幅用光ファイバとを備え、前記増幅用光ファイバは、増幅用光ファイバにおける一端及び他端間の基準位置から一端側に向かうファイバ部分と、前記基準位置から他端側に向かうファイバ部分とが前記基準位置から一方向に揃えられるまでの第１の区間と、各前記ファイバ部分が互いに沿いながら前記第１の区間の外側を周回する第２の区間とを有し、前記増幅用光ファイバにおける一端部及び他端部それぞれの周縁は、周回しているファイバの側面から離されることを特徴とする。

このようにした場合、増幅用光ファイバにおいて最も発熱量が高くなる両端部が、当該両端部の内側にあるファイバ部分から遠ざかることになる。したがって、増幅用光ファイバにおける両端部で発生する熱に起因して、当該両端部の内側にあるファイバ部分が劣化することを格段に低減することができる。こうして、増幅用光ファイバの寿命を向上させ得る光増幅部品が実現される。

また、前記増幅用光ファイバは、前記第１の区間及び前記第２の区間と、各前記ファイバ部分が前記第２の区間を離れてから前記増幅用光ファイバにおける一端及び他端までの第３の区間とで構成され、前記第３の区間における各前記ファイバ部分の全体は、前記第２の区間から離れた状態で、前記第２の区間の外側に位置することが好ましい。

このようにした場合、増幅用光ファイバにおける一端部及び他端部だけが、周回しているファイバから離されている場合に比べて、当該増幅用光ファイバにおいて最も発熱量が高くなる両端部が第２の区間及び第１の区間のファイバ部分からより一段と遠ざかることになる。したがって、増幅用光ファイバにおける両端部で発生する熱に起因して、当該両端部の内側にあるファイバ部分が劣化することをより一段と低減することができる。

また、前記第３の区間における各前記ファイバ部分は、先端に向かうほど前記第２の区間から離されることが好ましい。

このようにした場合、増幅用光ファイバにおいて最も発熱量が高くなる両端部が、第２の区間及び第１の区間のファイバ部分から遠ざかることになるため、当該両端部で発生する熱に起因して、当該両端部の内側にあるファイバ部分が劣化することを格段に低減することができる。

また、一方の前記ファイバ部分が先端に向かう方向と、前記第３の区間における他方の前記ファイバ部分が先端に向かう方向とは逆とされることが好ましい。

このようにした場合、一方のファイバ部分が先端に向かう方向と他方のファイバ部分が先端に向かう方向とが同じ方向である場合に比べて、増幅用光ファイバにおいて最も発熱量が高くなる両端部がより遠ざかることになる。したがって、増幅用光ファイバにおける両端部で発生する熱に起因して、各端部及びそれらの近傍が劣化することをより一段と低減することができる。

また、前記第２の区間又は前記第２の区間と前記第３の区間における各前記ファイバ部分同士は、先端に向かうほど互いに離されることが好ましい。

このようにした場合、第２の区間又は前記第２の区間と第３の区間における各ファイバ部分同士が先端に向かうほど離されていない場合に比べて、増幅用光ファイバにおいて最も発熱量が高くなる両端部同士がより一段と遠ざかることになる。したがって、増幅用光ファイバにおける両端部で発生する熱に起因して、各端部及びそれらの近傍が劣化することをより一段と低減することができる。

また、前記増幅用光ファイバにおける一端部と、前記前記増幅用光ファイバにおける他端部とは、前記第１の区間を介して互いに逆側に位置することが好ましい。

このようにした場合、増幅用光ファイバにおいて最も発熱量が高くなる両端部を、第１の区間を隔てて対称的に位置させてより遠ざけることができる。したがって、増幅用光ファイバにおける両端部で発生する熱に起因して、当該両端部の近傍が劣化することをより一段と低減することができる。

また、前記増幅用光ファイバにおける一端面が向く方向と、前記増幅用光ファイバにおける他端面が向く方向とは逆とされるが好ましい。

このようにした場合、一方のファイバ部分の端面が向く方向と、他方のファイバ部分の端面が向く方向とが同じである場合に比べて、放熱板における局所的な発熱を抑えることができる。

ところで、前記放熱板は、前記第１の区間が配置される放熱部位の熱放散量よりも、前記増幅用光ファイバにおける一端部及び前記他端部が配置される放熱部位の熱放散量のほうが大きい構造とされることが好ましい。

このようにした場合、増幅用光ファイバにおいて最も発熱量が高くなる両端部を重点的に冷却させることができる。したがって、増幅用光ファイバにおける両端部が配置される放熱部位とその他の増幅用光ファイバ部分が配置される放熱部位と熱抵抗が同じとなる放熱板構造に比べて小型化を図りながらも、増幅用光ファイバの劣化を低減することができる。

また、本発明はファイバレーザ装置であって、上記に記載の光増幅部品と、種光源、第１励起光源及び第２励起光源と、前記種光源から出射される種光を前記増幅用光ファイバにおけるコアの一端に入力するとともに、前記第１励起光源から出射される励起光を前記増幅用光ファイバにおけるクラッドの一端に入力する入力側光カプラと、前記第２励起光源から出射される励起光を前記増幅用光ファイバにおける他端に入力するとともに、前記増幅用光ファイバのコアを伝搬する種光を外部に出力する出力側光カプラとを備えることを特徴とする。

また、本発明はファイバレーザ装置であって、上記に記載の光増幅部品と、第１励起光源及び第２励起光源と、前記第１励起光源から出射される励起光を前記増幅用光ファイバにおけるクラッドの一端に入力する入力側光カプラと、前記第２励起光源から出射される励起光を前記増幅用光ファイバにおける他端に入力する出力側光カプラと、前記増幅用光ファイバにおけるコアに添加される活性元素が放出する光の少なくとも一部を反射する第１ミラーと、前記第１ミラーが反射する光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーとを備えることを特徴とする。

このようなファイバレーザ装置の構成要素の一部として上記光増幅部品が用いられた場合であっても、増幅用光ファイバにおける両端部で発生する熱に起因して、当該両端部の内側にあるファイバ部分が劣化することを格段に低減することができる。こうして、増幅用光ファイバの寿命を向上させ得るファイバレーザ装置が実現される。

以上のように本発明によれば、増幅用光ファイバの寿命を向上させ得る光増幅部品及びファイバレーザ装置を提供することができる。

第１実施形態における光増幅部品を示す図である。増幅用光ファイバの長さ方向に直交するファイバ断面の様子を示す図である。増幅用光ファイバの両端から励起光が入射された場合における増幅用光ファイバの発熱量分布を示す図である。第２実施形態における光増幅部品を示す図である。第３実施形態における光増幅部品を示す図である。第４実施形態における光増幅部品を示す図である。第５実施形態における光増幅部品を示す図である。放熱板の他の構造例（１）を示す図である。放熱板の他の構造例（２）を示す図である。第６実施形態におけるファイバレーザ装置を示す図である。第７実施形態におけるファイバレーザ装置を示す図である。

以下、発明を実施するための形態について図面を用いながら詳細に説明する。

（１）第１実施形態
図１は、第１実施形態における光増幅部品１を示す図である。図１に示すように、本実施形態の光増幅部品１は、放熱板１０と、当該放熱板１０の放熱面に固定される増幅用光ファイバ２０とを主な構成要素として備える。

放熱板１０は、熱を放散して温度を下げるための板材である。この放熱板１０の材料は銀、銅、金属、アルミニウムなどの金属もしくは合金とされ、放熱板１０の形状は例えば直方体形状とされる。

図２は、増幅用光ファイバ２０の長さ方向に直交するファイバ断面の様子を示す図である。図２に示すように、増幅用光ファイバ２０は、１種類又は２種類以上の活性元素が添加されるコア２１と、コア２１の外周面を被覆する第１クラッド２２と、第１クラッド２２の外周面を被覆する第２クラッド２３と、当該第２クラッド２３を囲む被覆層２４とを有する。

コア２１の屈折率は第１クラッド２２の屈折率よりも高くされ、第１クラッド２２の屈折率は第２クラッド２３の屈折率よりも高くされ、第２クラッド２３の屈折率は被覆層２４の屈折率よりも低くされる。

なお、活性元素としては、例えば、エルビウム(Ｅｒ)、イッテルビウム（Ｙｂ）あるいはネオジウム（Ｎｄ）等の希土類元素があり、希土類元素以外の活性元素としては、例えば、ビスマスがある。

本実施形態における増幅用光ファイバ２０は、図１に示すように、第１の区間ＳＣ１と、第２の区間ＳＣ２と、第３の区間ＳＣ３とで構成される。

第１の区間ＳＣ１は、増幅用光ファイバ２０における一端Ｅ１及び他端Ｅ２間の基準位置ＲＰから一端側に向かうファイバ部分２０Ａと、当該基準位置ＲＰから他端側に向かうファイバ部分２０Ｂとが基準位置ＲＰから一方向に揃えられるまでの区間である。

すなわち第１の区間ＳＣ１は、基準位置ＲＰから、当該基準位置ＲＰを基点として曲げられるファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂ同士が一方向に揃えられる位置までである。本実施形態では、基準位置ＲＰを基点として曲げられるファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂの光ファイバの光軸に垂直な断面同士が互いに平行となる状態で、ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂ同士が一方向に揃えられる。

なお、基準位置ＲＰは、ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂを割り当てるための基準であり、例えば増幅用光ファイバ２０における長さ方向の中心とされる。増幅用光ファイバ２０における長さ方向の中心から一端Ｅ１又は他端Ｅ２側へずれた位置が基準位置ＲＰとされても良い。また、第１の区間ＳＣ１におけるファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂの屈曲形状は図１の例では半円状となっているが、様々な形状が適用可能である。さらに、第１の区間ＳＣ１におけるファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂは、図１では交差しない状態で配置されているが、交差する箇所があっても良い。

第２の区間ＳＣ２は、各ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂが一方向に揃えられてから第１の区間ＳＣ１の外側を周回する区間である。

なお、第２の区間ＳＣ２におけるファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂ同士は本実施形態では接した状態であるが、当該ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂ同士の一部又は全体が離間した状態であっても良い。また、第２の区間ＳＣ２におけるファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂの内側と外側とは本実施形態では接した状態にあるが、当該内側と外側との一部又は全体が離間していても良い。

さらに、第２の区間ＳＣ２におけるファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂ同士は本実施形態では互いに等距離を保って周回しているが、当該ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂ同士の一部又は全体が等距離を保っていなくても良い。さらに、第２の区間ＳＣ２におけるファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂの周回している状態にあるファイバ部分の形状は本実施形態では円形状となっているが、様々な形状が適用可能である。

第３の区間ＳＣ３は、各ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂが周回している状態にあるファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂを離れてから増幅用光ファイバ２０における一端Ｅ１及び他端Ｅ２までの区間である。

すなわち第３の区間ＳＣ３は、周回している状態にあるファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂを内側にして遠ざかり始めた位置から、増幅用光ファイバ２０の先端に至るまでの区間である。この第３の区間ＳＣ３における各ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂの全体は、第２の区間ＳＣ２から離れた状態で、当該第２の区間ＳＣ２の外側に位置している。

本実施形態の場合、第３の区間ＳＣ３におけるファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂ同士は平行な状態とされ、当該ファイバ部分２０Ａの一端面ＥＦ１とファイバ部分２０Ｂの他端面ＥＦ２とは互いに平行な状態とされる。

このような増幅用光ファイバ２０の一端面ＥＦ１の第１クラッド２２と、当該増幅用光ファイバ２０の他端面ＥＦ２の第１クラッド２２とには励起光が入射される。

第１クラッド２２に入射した励起光は、増幅用光ファイバ２０における第１クラッド２２及びコア２１を伝搬し、当該励起光によってコア２１に添加される活性元素が励起され、当該活性元素から特定の波長の光が放出される。

ところで、上述したように、増幅用光ファイバ２０のコア２１に添加される活性元素から光が放出される場合、熱が発生する。また、増幅用光ファイバ２０を伝搬する励起光の一部は、当該増幅用光ファイバ２０における伝送損失により熱に変わる。

図３は、増幅用光ファイバ２０の両端から励起光が入射された場合における増幅用光ファイバ２０の発熱量分布を示す図である。図３に示すように、増幅用光ファイバ２０の両端部から励起光を入射した場合には、増幅用光ファイバ２０の端部における発熱量が最も大きく中央部に近づくほど発熱量が小さい発熱量分布となることが分かる。

このような発熱量分布となる理由は、通常、増幅用光ファイバ２０の各場所での発熱はその部分を通過する励起光のエネルギー量に比例するからである。

すなわち、増幅用光ファイバ２０の発熱は増幅用光ファイバ２０のぞれぞれの場所で励起光の一部が増幅用光ファイバ２０の伝送損失により熱に変わるために発生する。したがって発熱量はその位置での伝送損失と励起光のエネルギー量の積にほぼ比例する。増幅用光ファイバ２０の伝送損失はどの場所でもほぼ一定であるので、励起光のエネルギー量が多い場所ほど増幅用光ファイバ２０の発熱量が多い。本実施形態における増幅用光ファイバ２０の両端部では励起光が入射される部位になるのでもっとも励起光のエネルギー量が多い。その後、励起光は増幅用光ファイバを中央部に向かって伝搬していくが、その際に増幅用光ファイバ２０の伝送損失により励起光のエネルギーの一部が熱に変わるためにエネルギー量が徐々に低下していく。増幅用光ファイバ２０の伝送損失は通常の通信用光ファイバに比べて格段に大きいために励起光の伝搬によるエネルギー量の低下も格段に大きい。そのため増幅用光ファイバ２０の中央部と両端部とでの発熱量の差は大きいものとなる。

本実施形態における光増幅部品１の場合、増幅用光ファイバ２０の第３の区間ＳＣ３では、各ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂが先端に向かうほど第２の区間ＳＣ２から離れるように放熱板１０の放熱面に配置される。

このため、増幅用光ファイバ２０において最も発熱量が高くなる両端部が、当該両端部の内側にある第２の区間ＳＣ２及び第１の区間ＳＣ１のファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂから遠ざかることになる。

したがって、増幅用光ファイバ２０における両端部で発生する熱に起因して、当該両端部の内側にあるファイバ部分が劣化することを格段に低減することができる。こうして、増幅用光ファイバ２０の寿命を向上させ得る光増幅部品１が提供される。

（２）第２実施形態
次に、第２実施形態について図面を用いながら詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図４は、第２実施形態における光増幅部品２を示す図である。図４に示すように、本実施形態における光増幅部品２においては、増幅用光ファイバ２０における第３の区間ＳＣ３の配置態様のみが第１実施形態と相違している。

具体的に第１実施形態における第３の区間ＳＣ３のファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂ同士は平行な状態とされた。これに対し、本実施形態における第３の区間ＳＣ３のファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂ同士は先端に向かうほど互いに離間される。

なお、上記第１実施形態と同様に、本実施形態における第３の区間ＳＣ３の各ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂは、先端に向かうほど第２の区間ＳＣ２から離れるように放熱板１０に配置される。

このように本実施形態における光増幅部品２の場合、第３の区間ＳＣ３の各ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂが先端に向かうほど第２の区間ＳＣ２から離れるのみならず、当該ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂ同士も先端に向かうほど離れる。

このため、増幅用光ファイバ２０において最も発熱量が高くなる両端部が、当該両端部の内側にあるファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂから遠ざかるのみならず、当該両端部同士も遠ざかることになる。

したがって、増幅用光ファイバ２０における両端部で発生する熱に起因して、当該両端部の近傍が劣化することも格段に低減することができる。

なお、本実施形態では、第３の区間ＳＣ３の各ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂ同士が先端に向かうほど離れているが、当該第３の区間ＳＣ３に加えて、第２の区間ＳＣ２における各ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂ同士も先端に向かうほど離れていても良い。

（３）第３実施形態
次に、第３実施形態について図面を用いながら詳細に説明する。なお、上記実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図５は、第３実施形態における光増幅部品３を示す図である。図５に示すように、本実施形態における光増幅部品３においては、増幅用光ファイバ２０における第３の区間ＳＣ３の配置態様のみが第２実施形態と相違している。

具体的に第２実施形態では、第３の区間ＳＣ３における一方のファイバ部分２０Ａが先端に向かう方向（以下、第１進行方向という。）と、当該第３の区間ＳＣ３における他方のファイバ部分２０Ｂが先端に向かう方向（以下、第２進行方向という。）とは同じ方向とされた。

これに対し、本実施形態では、第１進行方向と第２進行方向とが逆とされる。放熱板１０との関係では、第１進行方向は放熱板１０の一端側とされ、第２進行方向は放熱板１０の他端側とされる。

ところで、本実施形態の場合、第１進行方向と第２進行方向とはおおむね真逆となっているが、当該第１進行方向のファイバ部分２０Ａと第２進行方向のファイバ部分２０Ｂとのなす角が９０度よりも大きい状態であれば、真逆でなくても良い。例えば、第１進行方向は放熱板１０の短辺側とし、第２進行方向は放熱板１０の長辺側とすることができる。

また、第１進行方向と第２進行方向とは、当該進行方向のファイバ部分が第２の区間ＳＣ２から離れ始める根元部位から異なっているが、当該進行方向ファイバ部分が第２の区間ＳＣ２から離れ始め先端に至るまでの途中部位から異なっていても良い。

さらに、第３の区間ＳＣ３における一方のファイバ部分２０Ａは第２の区間ＳＣ２から離れ始めてから真っ直ぐ先端に向かっているが、当該離れ始めてから反って先端に向かっていても良い。同様に、第３の区間ＳＣ３における他方のファイバ部分２０Ｂは第２の区間ＳＣ２から離れ始めてから反って先端に向かっているが、当該離れ始めてから真っ直ぐ先端に向かっていても良い。

さらに、第３の区間ＳＣ３における一方のファイバ部分２０Ａの一端面ＥＦ１が向く方向と、当該第３の区間ＳＣ３における他方のファイバ部分２０Ｂの他端面ＥＦ２が向く方向とは真逆となっているが、真逆でなくても良い。

なお、上記第２実施形態と同様に、本実施形態における第３の区間ＳＣ３のファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂ同士は先端に向かうほど互いに離間され、当該ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂは先端に向かうほど第２の区間ＳＣ２から離れるように放熱板１０に配置される。

このように本実施形態における光増幅部品３の場合、第１進行方向と第２進行方向とが逆とされている。このため、本実施形態における光増幅部品３では、第１進行方向と第２進行方向とが同じ方向である第２実施形態の光増幅部品２に比べて、増幅用光ファイバ２０において最も発熱量が高くなる両端部がより遠ざかることになる。

したがって、本実施形態における光増幅部品３によれば、増幅用光ファイバ２０における両端部で発生する熱に起因して、当該両端部の近傍が劣化することをより一段と低減することができる。

また、本実施形態の場合、一方のファイバ部分２０Ａの一端面ＥＦ１が向く方向と、他方のファイバ部分２０Ｂの他端面ＥＦ２が向く方向とが逆とされる。

このため、一方のファイバ部分２０Ａの一端面ＥＦ１が向く方向と、他方のファイバ部分２０Ｂの他端面ＥＦ２が向く方向とが同じである場合に比べて、放熱板１０における局所的な発熱を抑えることができる。

（４）第４実施形態
次に、第４実施形態について図面を用いながら詳細に説明する。なお、上記実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図６は、第４実施形態における光増幅部品４を示す図である。図６に示すように、本実施形態における光増幅部品４においては、増幅用光ファイバ２０における第３の区間ＳＣ３の配置態様のみが第３実施形態と相違している。

具体的に第３実施形態では、第３の区間ＳＣ３における一方のファイバ部分２０Ａが第２の区間ＳＣ２から離れ始める根元部位と、当該第３の区間ＳＣ３における他方のファイバ部分２０Ｂが第２の区間ＳＣ２から離れる始める根元部位とは、第１の区間ＳＣ１を介して互いに逆側に位置していなかった。また、一方のファイバ部分２０Ａの一端Ｅ１を含む近傍部分（以下、一端部という）と、当該第３の区間ＳＣ３における他方のファイバ部分２０Ｂの他端Ｅ２を含む近傍部分（以下、他端部という）とについても第１の区間ＳＣ１を介して互いに逆側に位置していなかった。

これに対し、本実施形態では、第３の区間ＳＣ３における一方のファイバ部分２０Ａの根元部位と、当該第３の区間ＳＣ３における他方のファイバ部分２０Ｂの根元部位とが第１の区間ＳＣ１を介して互いに逆側に位置している。また、一方のファイバ部分２０Ａの一端部と、他方のファイバ部分２０Ｂの他端部とについても第１の区間ＳＣ１を介して互いに逆側に位置している。

ところで、本実施形態の場合、一方のファイバ部分２０Ａの根元部位及び一端部と、他方のファイバ部分２０Ｂの根元部位及び他端部とが第１の区間ＳＣ１を介して互いに真逆の位置関係にあるが、当該根元部分と端部との一方又は双方が真逆の位置からずれていても良い。

なお、上記第３実施形態と同様に、本実施形態における第１進行方向と第２進行方向とは逆とされ、第３の区間ＳＣ３のファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂ同士は先端に向かうほど互いに離間され、当該ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂは先端に向かうほど第２の区間ＳＣ２から離れるように放熱板１０に配置される。

このように本実施形態における光増幅部品４の場合、一方のファイバ部分２０Ａにおける端部と、他方のファイバ部分２０Ｂの端部とが第１の区間ＳＣ１を介して互いに逆側に位置し、当該ファイバ部分の第１進行方向と第２進行方向とが逆とされている。

このため、本実施形態における光増幅部品４では、増幅用光ファイバ２０において最も発熱量が高くなる両端部を、第１の区間ＳＣ１を隔てて対称的に位置させることができる。放熱板１０との関係では、増幅用光ファイバ２０において最も発熱量が高くなる両端部を、第１の区間ＳＣ１を介しておおむね放熱板１０の対角線上に位置させることができる。

したがって、本実施形態における光増幅部品４によれば、増幅用光ファイバ２０において最も発熱量が高くなる両端部を第３実施形態の光増幅部品３に比べてより遠ざけることができ、当該両端部の近傍が熱により劣化することをより一段と低減することができる。

（５）第５実施形態
次に、第５実施形態について図面を用いながら詳細に説明する。なお、上記実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図７は、第５実施形態における光増幅部品５を示す図である。図７に示すように、本実施形態における光増幅部品５においては、放熱板１１の構造のみが第４実施形態と相違している。

具体的に第４実施形態では、第１の区間ＳＣ１が配置される放熱部位の熱抵抗と、第３の区間ＳＣ３が配置される放熱部位の熱抵抗とが同じ構造の放熱板１０であった。

これに対し、本実施形態では、第１の区間ＳＣ１が配置される放熱部位ＰＡ１の熱抵抗よりも、第３の区間ＳＣ３が配置される放熱部位ＰＡ２の熱抵抗が小さい構造の放熱板１１とされる。

例えば、アルミニウムを用いて放熱部位ＰＡ１を形成し、当該アルミニウムよりも熱抵抗が小さい銅を用いて放熱部位ＰＡ２を形成することで、放熱部位ＰＡ１の熱抵抗よりも放熱部位ＰＡ２の熱抵抗が小さい構造の放熱板１１を得ることができる。

また別例として、放熱部位ＰＡ１の放熱面を平らに形成し、放熱部位ＰＡ２の放熱面にファイバ部分の外周面と同程度の曲率となる溝を形成し、当該ファイバ部分の表面に対して放射面と接する面積を大きくすることで、放熱部位ＰＡ１の熱抵抗よりも放熱部位ＰＡ２の熱抵抗が小さい構造の放熱板１１を得ることができる。

また別例として、第１の区間ＳＣ１が配置される放熱部位ＰＡ１、及び、第３の区間ＳＣ３が配置される放熱部位ＰＡ２の放熱面とは逆側の表面部分にフィンと呼ばれる凸部を形成し、当該放熱部位ＰＡ２の凸部の長さが放熱部位ＰＡ１の凸部の長さよりも大きくすることで、放熱部位ＰＡ１の熱抵抗よりも放熱部位ＰＡ２の熱抵抗が小さい構造の放熱板１１を得ることができる。

さらに別例として、放熱部位ＰＡ２に対してのみ、空冷式、水冷式又は電子冷却式の冷却機構を設けることで、放熱部位ＰＡ１の熱抵抗よりも放熱部位ＰＡ２の熱抵抗が小さい構造の放熱板１１を得ることができる。

このように本実施形態における光増幅部品５の場合、放熱板１１は、放熱部位ＰＡ１の熱抵抗よりも放熱部位ＰＡ２の熱抵抗が小さい構造とされる。このため、増幅用光ファイバ２０において最も発熱量が高くなる両端部が、最も発熱量が低くなる第１の区間ＳＣ１に比べて重点的に冷却させることができる。

したがって、本実施形態における光増幅部品５によれば、放熱部位ＰＡ１及びＰＡ２の熱抵抗が同じとなる第４実施形態の放熱板構造に比べて小型化を図りながらも、増幅用光ファイバ２０の劣化を低減することができる。

なお、本実施形態では、第１の区間ＳＣ１が配置される放熱部位ＰＡ１の熱抵抗よりも第３の区間ＳＣ３が配置される放熱部位ＰＡ２の熱抵抗が小さい構造の放熱板１１とされた。

しかしながら、例えば図８に示すように、第１の区間ＳＣ１及び第１の区間ＳＣ２が配置される放熱部位の熱抵抗よりも第３の区間ＳＣ３が配置される放熱部位ＰＡ３の熱抵抗が小さい構造の放熱板１２とされても良い。

また、例えば図９に示すように、第１の区間ＳＣ１及び第１の区間ＳＣ２が配置される放熱部位の熱抵抗よりも第３の区間ＳＣ３の先端部分が配置される放熱部位ＰＡ４の熱抵抗が小さい構造の放熱板１３とされても良い。

要するに、第１の区間ＳＣ１が配置される放熱部位の熱抵抗よりも一方のファイバ部分２０Ａ及び他方のファイバ部分２０Ｂの端部が配置される放熱部位の熱抵抗が小さい構造の放熱板とされていれば良い。なお、放熱板１１〜１３のいずれかの構造については、上記第１実施形態〜第４実施形態の放熱板１０にも適用することが可能である。

（６）第６実施形態
次に、第６実施形態について図面を用いながら詳細に説明する。なお、上記実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図１０は、第６実施形態におけるファイバレーザ装置を示す図である。図１０に示すように、本実施形態におけるファイバレーザ装置１００は、ＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator Power
Amplifier）型のファイバレーザ装置である。

このファイバレーザ装置１００は、第１実施形態〜第５実施形態における光増幅部品１〜７のいずれかと、種光源３１と、複数の第１励起光源３２及び第２励起光源３３と、入力側光カプラ３４及び出力側光カプラ３５とを主な構成として備える。なお、図１０における増幅用光ファイバ２０の配置状態は、図１、図４〜図９に示した配置状態と異なり、便宜的に示している。

種光源３１は、種光を出射するものであり、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レーザ光源などとされる。

複数の第１励起光源３２及び第２励起光源３３は、励起光を出射するものであり、例えばレーザダイオード（Laser Diode）などとされる。

入力側光カプラ３４は、種光源３１から出射される種光を増幅用光ファイバ２０におけるコア２１の一端Ｅ１に入力するとともに、第１励起光源３２から出射される励起光を増幅用光ファイバ２０における第１クラッド２２の一端Ｅ１に入力するものである。

なお、本実施形態の場合、種光源３１から出射される種光は、入力用光ファイバ４０を介して入力側光カプラ３４に入射される。この入力用光ファイバ４０は、例えばシングルモードファイバとされ、当該入力用光ファイバ４０の一端側のコアと種光源３１とは光学的に結合されるとともに、入力用光ファイバ４０の他端側のコアと増幅用光ファイバ２０のコア２１とは入力側光カプラ３４を介して光学的に結合される。

また、第１励起光源３２から出射される励起光は、励起光入力用ファイバ５０を介して入力側光カプラ３４に入射される。この励起光入力用ファイバ５０は、例えばマルチモードファイバとされ、当該励起光入力用ファイバ５０の本数は、第１励起光源３２の数と同じとされる。各励起光入力用ファイバ５０の一端側のコアにつき１つの第１励起光源３２が光学的に結合されるとともに、当該励起光入力用ファイバ５０の他端側のコアと増幅用光ファイバ２０の第１クラッド２２とは入力側光カプラ３４を介して光学的に結合される。

出力側光カプラ３５は、第２励起光源３３から出射される励起光を増幅用光ファイバ２０における第１クラッド２２の他端Ｅ２に入力するとともに、当該増幅用光ファイバ２０のコア２１を伝搬する種光を他端Ｅ２から外部に出力するものである。

なお、本実施形態の場合、第２励起光源３３から出射される励起光は、励起光入力用ファイバ６０を介して出力側光カプラ３５に入射される。この励起光入力用ファイバ６０は、例えばマルチモードファイバとされ、当該励起光入力用ファイバ６０の本数は、第２励起光源３３の数と同じとされる。各励起光入力用ファイバ６０の一端側のコアにつき１つの第２励起光源３３が光学的に結合されるとともに、当該励起光入力用ファイバ６０の他端側のコアと増幅用光ファイバ２０の第１クラッド２２とは出力側光カプラ３５を介して光学的に結合される。

また、出力側光カプラ３５によって出力される外部として、出力用光ファイバ７０とされる。この出力用光ファイバ７０は、例えばシングルモードファイバとされ、当該出力用光ファイバ７０の一端側のコアと増幅用光ファイバ２０のコア２１とが出力側光カプラ３５を介して光学的に結合される。

本実施形態におけるファイバレーザ装置１００では、増幅用光ファイバ２０のコア２１の一端Ｅ１に種光が入力された場合、当該種光は増幅用光ファイバ２０の一端Ｅ１から他端Ｅ２に向けてコア２１を伝搬する。

一方、増幅用光ファイバ２０の第１クラッド２２の一端Ｅ１に励起光が入力された場合、当該励起光は増幅用光ファイバ２０の一端Ｅ１から他端Ｅ２に向けて第１クラッド２２及びコア２１を伝搬する。

他方、増幅用光ファイバ２０の第１クラッド２２の他端Ｅ２に励起光が入力された場合、当該励起光は増幅用光ファイバ２０の他端Ｅ２から一端Ｅ１に向けて第１クラッド２２及びコア２１を伝搬する。

第１クラッド２２及びコア２１を伝搬する励起光によってコア２１に添加される活性元素が励起され、当該励起状態にある活性元素は、コア２１を伝搬する種光によって誘導放出を引き起こす。この誘導放出に起因して種光が増幅され、当該増幅された種光は出力側光カプラ３５によって増幅用光ファイバ２０の他端Ｅ２から出力用光ファイバ７０に出力される。

このようなファイバレーザ装置１００の構成要素の一部として第１実施形態〜第５実施形態における光増幅部品１〜７が用いられた場合であっても、増幅用光ファイバ２０における両端部で発生する熱に起因して、当該両端部の内側にあるファイバ部分が劣化することを格段に低減することができる。こうして、増幅用光ファイバ２０の寿命を向上させ得るファイバレーザ装置１００が提供される。

（７）第７実施形態
次に、第７実施形態について図面を用いながら詳細に説明する。なお、上記実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図１１は、第７実施形態におけるファイバレーザ装置を示す図である。図１１に示すように、本実施形態におけるファイバレーザ装置１１０は、共振型のファイバレーザ装置である。なお、図１１における増幅用光ファイバ２０の配置状態は、図１、図４〜図９に示した配置状態と異なり、便宜的に示している。

このファイバレーザ装置１１０は、第１実施形態〜第５実施形態における光増幅部品１〜７のいずれかと、複数の第１励起光源３２及び第２励起光源３３と、入力側光カプラ３４及び出力側光カプラ３５と、第１ミラーとしての第１ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）３６及び第２ミラーとしての第２ＦＢＧ３７を主な構成として備える。

第１ＦＢＧ３６は、入力用光ファイバ４０に設けられており、増幅用光ファイバ２０の長手方向に沿って一定の周期で高屈折率の部分を繰り返す構造でなる。この第１ＦＢＧ３６は、励起状態とされた増幅用光ファイバ２０の活性元素が放出する光の少なくとも一部の波長の光を反射するよう調整される。

第２ＦＢＧ３７は、出力用光ファイバ７０に設けられており、増幅用光ファイバ２０の長手方向に沿って一定の周期で高屈折率の部分を繰り返す構造でなる。この第２ＦＢＧ３７は、第１ＦＢＧ３６が反射する光と同じ波長の光を第１ＦＢＧ３６よりも低い反射率で反射するよう調整される。

本実施形態におけるファイバレーザ装置１１０では、増幅用光ファイバ２０における第１クラッド２２に入射した励起光は、当該増幅用光ファイバ２０における第１クラッド２２及びコア２１を伝搬し、当該励起光によってコア２１に添加される活性元素が励起され、当該活性元素から特定の波長の光が放出される。

この光は、増幅用光ファイバ２０のコア２１を伝搬し、特定波長の光が第１ＦＢＧ３６と第２ＦＢＧ３７との間を往来するとともに増幅され、増幅された光の一部が第２ＦＢＧ３７を透過して増幅用光ファイバ２０の出力端から出力用光ファイバ７０に出射される。

このようなファイバレーザ装置１１０の構成要素の一部として第１実施形態〜第５実施形態における光増幅部品１〜７が用いられた場合であっても、増幅用光ファイバ２０における両端部で発生する熱に起因して、当該両端部の内側にあるファイバ部分が劣化することを格段に低減することができる。こうして、増幅用光ファイバ２０の寿命を向上させ得るファイバレーザ装置１１０が提供される。

（８）変形例
以上、第１実施形態〜第７記実施形態が一例として説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記第１実施形態〜第７記実施形態では、第３の区間ＳＣ３における各ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂが先端に向かうほど第２の区間ＳＣ２から離された。しかしながら、第３の区間ＳＣ３における各ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂは、全体として第２の区間ＳＣ２から離れた状態で第２の区間ＳＣ２の外側に位置していれば、先端に向かうほど第２の区間ＳＣ２から離されることが必須となるものではない。

また、第３の区間ＳＣ３における各ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂの全体が第２の区間ＳＣ２から離れていれば、当該第３の区間ＳＣ３の中間部位に比べて増幅用光ファイバ２０の一端部又は他端部が第２の区間ＳＣ２に近い状態であっても良く、少なくとも増幅用光ファイバ２０における一方のファイバ部分２０Ａ及び他方のファイバ部分の端部が、周回している状態にあるファイバの側面から離れていれば、当該第３の区間ＳＣ３が第２の区間ＳＣ２と近似する状態で周回していても良い。さらに、増幅用光ファイバ２０における一方のファイバ部分２０Ａ及び他方のファイバ部分２０Ｂのいずれか一方が端部に至るまで周回しており、第３の区間ＳＣ３がない場合であっても、少なくとも増幅用光ファイバ２０における一方のファイバ部分２０Ａ及び他方のファイバ部分２０Ｂの端部が、周回している状態にあるファイバの側面から離れていれば良い。なお、第３の区間ＳＣ３がない場合、第２の区間ＳＣ２における各ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂ同士が先端に向かうほど互いに離されることが寄り好ましい。
要するに、増幅用光ファイバ２０においては、第１の区間ＳＣ１と、各ファイバ部分２０Ａ及び２０Ｂが互いに沿いながら第１の区間ＳＣ１の外側を周回する第２の区間ＳＣ２とを有し、当該増幅用光ファイバ２０における一端部及び他端部それぞれの周縁が、周回しているファイバの側面から離されていれば良い。なお、周回しているファイバ部分のうち最も外側のファイバ部分から延在する増幅用光ファイバ２０の一端部における周縁、及びその２番目のファイバ部分から延在する増幅用光ファイバ２０の他端部における周縁が、当該周回しているファイバ部分のうち最も外側から内側に向かって３番目以降となるファイバの側面から離されるといいかえることもできる。

また、上述の光増幅部品１〜７、ファイバレーザ装置１００及びファイバレーザ装置１１０における各構成要素は、上記実施形態及び変形例に示された内容以外に、適宜、本願目的を逸脱しない範囲で組み合わせ、省略、変更、周知技術の付加などをすることができる。

本発明に係る光増幅部品及びファイバレーザ装置は、増幅用光ファイバを取り扱う産業上分野において利用可能性がある。

１〜７・・・光増幅部品
１０〜１３・・・放熱板
２０・・・増幅用光ファイバ
２１・・・コア
２２・・・第１クラッド
２３・・・第２クラッド
２４・・・被覆層
３１・・・種光源
３２・・・第１励起光源
３３・・・第２励起光源
３４・・・入力側光カプラ
３５・・・出力側光カプラ
４０・・・入力用光ファイバ
５０・・・励起光入力用ファイバ
６０・・・励起光入力用ファイバ
７０・・・出力用光ファイバ
１００，１１０・・・ファイバレーザ装置
ＳＣ１・・・第１の区間
ＳＣ２・・・第２の区間
ＳＣ３・・・第３の区間
ＰＡ１〜ＰＡ４・・・放熱部位

Claims

放熱板と、前記放熱板に配置される増幅用光ファイバとを備え、
前記増幅用光ファイバは、
増幅用光ファイバにおける一端及び他端間の基準位置から一端側に向かうファイバ部分と、前記基準位置から他端側に向かうファイバ部分とが前記基準位置から一方向に揃えられるまでの第１の区間と、
各前記ファイバ部分が互いに沿いながら前記第１の区間の外側を周回する第２の区間とを有し、
前記増幅用光ファイバにおける一端部及び他端部それぞれの周縁は、周回しているファイバの側面から離され、
前記放熱板は、前記第１の区間が配置される放熱部位の熱放散量よりも、前記増幅用光ファイバにおける先端部分が配置される放熱部位の熱放散量のほうが大きい構造とされる
ことを特徴とする光増幅部品。
前記増幅用光ファイバは、
前記第１の区間及び前記第２の区間と、
各前記ファイバ部分が前記第２の区間を離れてから前記増幅用光ファイバにおける一端及び他端までの第３の区間とで構成され、
前記第３の区間における各前記ファイバ部分の全体は、前記第２の区間から離れた状態で、前記第２の区間の外側に位置する
ことを特徴とする請求項１に記載の光増幅部品。
前記第３の区間における各前記ファイバ部分は、先端に向かうほど前記第２の区間から離される
ことを特徴とする請求項２に記載の光増幅部品。
一方の前記ファイバ部分が先端に向かう方向と、前記第３の区間における他方の前記ファイバ部分が先端に向かう方向とは逆とされる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光増幅部品。
前記第２の区間又は前記第２の区間と前記第３の区間における各前記ファイバ部分同士は、先端に向かうほど互いに離される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光増幅部品。
前記増幅用光ファイバにおける一端部と、前記前記増幅用光ファイバにおける他端部とは、前記第１の区間を介して互いに逆側に位置する
ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか１項に記載の光増幅部品。
前記増幅用光ファイバにおける一端面が向く方向と、前記増幅用光ファイバにおける他端面が向く方向とは逆とされる
ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか１項に記載の光増幅部品。
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光増幅部品と、
種光源、第１励起光源及び第２励起光源と、
前記種光源から出射される種光を前記増幅用光ファイバにおけるコアの一端に入力するとともに、前記第１励起光源から出射される励起光を前記増幅用光ファイバにおけるクラッドの一端に入力する入力側光カプラと、
前記第２励起光源から出射される励起光を前記増幅用光ファイバにおける他端に入力するとともに、前記増幅用光ファイバのコアを伝搬する種光を外部に出力する出力側光カプラとを備える
ことを特徴とするファイバレーザ装置。
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光増幅部品と、
第１励起光源及び第２励起光源と、
前記第１励起光源から出射される励起光を前記増幅用光ファイバにおけるクラッドの一端に入力する入力側光カプラと、
前記第２励起光源から出射される励起光を前記増幅用光ファイバにおける他端に入力する出力側光カプラと、
前記増幅用光ファイバにおけるコアに添加される活性元素が放出する光の少なくとも一部を反射する第１ミラーと、
前記第１ミラーが反射する光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーとを備える
ことを特徴とするファイバレーザ装置。