JP6062018B1 - ファイバレーザシステム - Google Patents

Abstract

【課題】耐反射性のさらなる向上を可能とする。【解決手段】シリカガラス製の光ファイバをレーザ媒質とするファイバレーザ（２〜４）のうち任意の２つについて、互いの発振波長の差が、シリカガラスのＳｉ‐Ｏ網目構造における平面四員環の振動モードに由来するピークの半値半幅に相当する波長より大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のファイバレーザを備えたファイバレーザシステムに関する。

近年、数ｋＷ（キロワット）の出力パワーを実現するため、複数のファイバレーザと、複数のファイバレーザの各々から出力されたレーザ光を合波する出力コンバイナと、出力コンバイナから出力されたレーザ光を外部（例えば、加工対象物）に出力するための出力部と、を備えたファイバレーザシステムが注目されている。複数のファイバレーザの各々から出力された光は、シングルモードファイバ又は疑似シングルモードファイバを介して出力コンバイナまで伝搬され、出力コンバイナから出力された光は、マルチモードファイバを介して出力部まで伝搬される。上記ファイバレーザシステムは、主に、材料加工の分野において活用されている。

上記ファイバレーザシステムにおいては、材料加工の対象となる加工対象物にて反射された光が上記ファイバレーザシステムに戻ることによって、上記ファイバレーザシステムに不具合が生じてしまう虞がある。

上記ファイバレーザシステムに不具合が生じてしまう原因としては、上記ファイバレーザシステムにおけるレーザ光の伝搬経路内にて生じる誘導ラマン散乱（以下、ＳＲＳとも称する）が挙げられる。ＳＲＳは、レーザ光からストークス光へのパワー変換過程と見做すことができるが、その変換効率（ラマンゲイン）が大きくなるとストークス光の発振が生じ易くなり、その結果、各ファイバレーザの発振状態が不安定になったり、各ファイバレーザが故障したりすることが知られている（特許文献１参照）。

特開２０１５−９５６４１号公報（２０１５年５月１８日公開）

これまで、ファイバレーザシステムにおいて、各ファイバレーザから出力されたレーザ光に起因するＳＲＳは、互いに独立な現象であると考えられていた。このため、ファイバレーザシステムにおけるストークス光の発振を抑制するという課題に対しては、各ファイバレーザから出力されるレーザ光に起因するＳＲＳを抑制するという解決手段のみが検討されていた。

しかしながら、本願発明者らは、ファイバレーザシステムにて生じるストークス光のパワーは、そのファイバレーザシステムを構成する各ファイバレーザにて生じるストークス光のパワーの和よりも大きくなることを見出した。

図４は、出力パワーが１ｋＷのファイバレーザにて生じるストークス光のパワーの３倍と、出力パワーが１ｋＷのファイバレーザを３つ備えたファイバレーザシステムにて生じるストークス光のパワーとを各波長において比較したグラフである。図４に示したグラフによれば、ファイバレーザシステムにて生じるストークス光のパワーが、そのファイバレーザシステムを構成する各ファイバレーザにて生じるストークス光のパワーの和よりも大きくなることが確かめられる。この事実は、各ファイバレーザから出力されるレーザ光に起因するＳＲＳが互いに独立に生じる現象ではないことを示唆している。

以下、３つのファイバレーザを備えたファイバレーザを例に、この点についてもう少し詳しく説明する。まず、このファイバレーザシステムにおいて、第１のファイバレーザのみを動作させることを考える。このとき、ファイバレーザシステムの各部分において、レーザ光のパワーＰＬ１と、ストークス光のパワーＰＳ１と、レーザ光からストークス光に変換されるパワーｄＰ１／ｄｚとの間には、ｄＰ１／ｄｚ＝Ｇ×ＰＬ１×ＰＳ１／Ａｅｆｆという関係が成り立つ（Ｇはラマンゲイン係数、Ａｅｆｆは光ファイバの光の実効断面積、ｚは光ファイバの長手方向座標）。同様に、第２のファイバレーザのみを動作させることを考える。このとき、ファイバレーザシステムの各部分において、レーザ光のパワーＰＬ２と、ストークス光のパワーＰＳ２と、レーザ光からストークス光に変換されるパワーｄＰ２／ｄｚとの間にも、ｄＰ２／ｄｚ＝Ｇ×ＰＬ２×ＰＳ２／Ａｅｆｆという関係が成り立つ。同様に、第３のファイバレーザのみを動作させることを考える。このとき、ファイバレーザシステムの各部分において、レーザ光のパワーＰＬ３と、ストークス光のパワーＰＳ３と、レーザ光からストークス光に変換されるパワーｄＰ３／ｄｚとの間にも、ｄＰ３／ｄｚ＝Ｇ×ＰＬ３×ＰＳ３／Ａｅｆｆという関係が成り立つ。

各ファイバレーザから出力されるレーザ光に起因するＳＲＳが互いに独立に生じる現象であるとすると、３つのファイバレーザを動作させたときに、ファイバレーザシステムの各部分においてレーザ光からストークス光に変換されるパワーｄＰ／ｄｚは、各ファイバレーザを動作させたときに、ファイバレーザシステムの同部分においてレーザ光からストークス光に変換されるパワーｄＰ１／ｄｚ，ｄＰ２／ｄｚ，ｄＰ３／ｄｚの和ｄＰ１／ｄｚ＋ｄＰ２／ｄｚ＋ｄＰ３／ｄｚに一致するはずである。逆に、各ファイバレーザから出力されるレーザ光に起因するＳＲＳが互いに独立に生じる現象でないとすると、３つのファイバレーザを動作させたときに、ファイバレーザシステムの各部分においてレーザ光からストークス光に変換されるパワーｄＰ／ｄｚは、ｄＰ／ｄｚ＝Ｇ×（ＰＬ１＋ＰＬ２＋ＰＬ３）×（ＰＳ１＋ＰＳ２＋ＰＳ３）／Ａｅｆｆとなり、各ファイバレーザを動作させたときに、ファイバレーザシステムの同部分においてレーザ光からストークス光に変換されるパワーｄＰ１／ｄｚ，ｄＰ２／ｄｚ，ｄＰ３／ｄｚの和ｄＰ１／ｄｚ＋ｄＰ２／ｄｚ＋ｄＰ３／ｄｚよりも大きくなるはずである。

図４に示した実験結果は、後者の仮定が正しいこと、すなわち、各ファイバレーザから出力されるレーザ光に起因するＳＲＳが互いに独立に生じる現象でないことを示唆している。特に、出力コンバイナにて合波されたレーザ光を出力部に導くマルチモードファイバには、各ファイバレーザにて生成されたレーザ光、各ファイバレーザにて生成されたストークス光、並びに、加工対象物にて反射されたレーザ光及びストークス光が入射する。したがって、このマルチモードファイバにおいては、ｄＰ／ｄｚ＝Ｇ×（ＰＬ１＋ＰＬ２＋ＰＬ３）×（ＰＳ１＋ＰＳ２＋ＰＳ３）／Ａｅｆｆという式により表現される、レーザ光からストークス光へのパワーの変換が起こっているものと考えられる。

以上の考察から、次のことが分かる。すなわち、ファイバレーザシステムにおいては、各ファイバレーザから出力されるレーザ光に起因するＳＲＳが互いに独立に生じる現象ではない。そして、このことが、ファイバレーザシステムにおいて、レーザ光からストークス光へのパワーの変換効率を押し上げ、ストークス光の発振を生じ易くしている。したがって、各ファイバレーザから出力されるレーザ光に起因するＳＲＳの独立性を高めるようにファイバレーザシステムの構成を変更し、レーザ光からストークス光へのパワーの変換効率を引き下げれば、ストークス光の発振が従来よりも生じ難いファイバレーザシステム、すなわち、従来よりも耐反射性に優れたファイバレーザシステムを実現し得る。

本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、従来よりも耐反射性に優れたファイバレーザシステムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のファイバレーザシステムは、シリカガラス製の光ファイバをレーザ媒質とするファイバレーザを複数と、複数の上記ファイバレーザのそれぞれから出射されたレーザ光を合波するコンバイナと、上記コンバイナによって合波されたレーザ光をマルチモード光として伝搬する、シリカガラス製の出力ファイバとを備えているファイバレーザシステムであって、上記複数のファイバレーザのうち任意の２つについて、互いの発振波長の差が、シリカガラスのＳｉ‐Ｏ網目構造における平面四員環の振動モードに由来するピークの半値半幅に相当する波長より大きいことを特徴としている。

シリカガラスは、Ｓｉ‐Ｏ網目構造を有しており、そのラマンスペクトルには、Ｓｉ‐Ｏ網目構造における平面四員環の振動モードに由来するピーク（ピーク波数４９０ｃｍ^−１：カイザー付近）や、Ｓｉ‐Ｏ網目構造における骨格振動の振動モードに由来するピーク（ピーク波数４４０ｃｍ^−１付近）等が含まれる（特開平１１−２３０８３０号公報参照）。

上記の構成によれば、第１ファイバレーザ（任意の２つのファイバレーザのうち一方）からのレーザ光の波長と第２ファイバレーザ（任意の２つのファイバレーザのうち他方）からのレーザ光の波長とを十分に異ならせることができる。また、第１ファイバレーザからのレーザ光によるストークス光のピーク波長（平面四員環の振動モードに由来するピーク）と第２ファイバレーザからのレーザ光によるストークス光のピーク波長（平面四員環の振動モードに由来するピーク）とを十分に異ならせることができる。

これにより、各ファイバレーザから出力されるレーザ光に起因するＳＲＳの独立性を高めることができるので、平面四員環の振動モードに由来するＳＲＳでのレーザ光からストークス光へのパワーの変換効率（ラマンゲイン）を引き下げることができる。その結果、ストークス光の発振を生じ難くすることができる。従って、上記の構成によれば、従来よりも耐反射性に優れたファイバレーザシステムを実現することが可能となる。

また、本発明のファイバレーザシステムにおいて、上記発振波長の差は、シリカガラスのＳｉ‐Ｏ網目構造における骨格振動の振動モードに由来するピークの半値半幅に相当する波長より大きいことが好ましい。

上記の構成によれば、第１ファイバレーザからのレーザ光によるストークス光のピーク波長（骨格振動の振動モードに由来するピーク）と第２ファイバレーザからのレーザ光によるストークス光のピーク波長（骨格振動の振動モードに由来するピーク）とを十分に異ならせることができる。これにより、各ファイバレーザから出力されるレーザ光に起因するＳＲＳの独立性を高めることができるので、骨格振動の振動モードに由来するＳＲＳでのレーザ光からストークス光へのパワーの変換効率を引き下げることができる。その結果、ストークス光の発振を生じ難くすることができる。従って、上記の構成によれば、更に耐反射性に優れたファイバレーザシステムを実現することが可能となる。

また、本発明のファイバレーザシステムは、上記複数のファイバレーザのうち任意の２つについて、一方のファイバレーザにおける、上記平面四員環の振動モードに由来するピークのピーク波数から、当該一方のファイバレーザにおける、シリカガラスのＳｉ‐Ｏ網目構造における骨格振動の振動モードに由来するピークのピーク波数を減じた波数をＡとし、他方のファイバレーザにおける、上記骨格振動の振動モードに由来するピークの半値半幅の波数をＢとした場合、上記発振波長の差は、Ａ＋Ｂの波数に相当する波長より大きいことが好ましい。

上記の構成によれば、第１ファイバレーザからのレーザ光によるストークス光のピーク波長（骨格振動の振動モードに由来するピーク）と第２ファイバレーザからのレーザ光によるストークス光のピーク波長（平面四員環の振動モードに由来するピーク）とを十分に異ならせることができる。これにより、これらのピーク波長のそれぞれについて、各ファイバレーザから出力されるレーザ光に起因するＳＲＳの独立性を更に高めることができるので、これらの振動モードに由来するＳＲＳでのレーザ光からストークス光へのパワーの変換効率を更に引き下げることができる。その結果、ストークス光の発振を更に生じ難くすることができる。従って、上記の構成によれば、更に耐反射性に優れたファイバレーザシステムを実現することが可能となる。

また、本発明のファイバレーザシステムは、上記複数のファイバレーザのうち任意の２つについて、一方のファイバレーザにおける、上記平面四員環の振動モードに由来するピークのピーク波数から、当該一方のファイバレーザにおける、上記骨格振動の振動モードに由来するピークのピーク波数を減じた波数をＡとし、他方のファイバレーザにおける、上記平面四員環の振動モードに由来するピークの半値半幅の波数をＣとした場合、上記発振波長の差は、Ａ＋Ｃの波数に相当する波長より大きいことが好ましい。

上記の構成によれば、第１ファイバレーザからのレーザ光によるストークス光のピーク波長（平面四員環の振動モードに由来するピーク）と第２ファイバレーザからのレーザ光によるストークス光のピーク波長（骨格振動の振動モードに由来するピーク）とを十分に異ならせることができる。これにより、各ファイバレーザから出力されるレーザ光に起因するＳＲＳの独立性を更に高めることができるので、これらの振動モードに由来するＳＲＳでのレーザ光からストークス光へのパワーの変換効率を更に引き下げることができる。その結果、ストークス光の発振を更に生じ難くすることができる。従って、上記の構成によれば、更に耐反射性に優れたファイバレーザシステムを実現することが可能となる。

また、本発明のファイバレーザシステムにおいて、上記発振波長の差は、シリカガラスにおけるラマンシフトに相当する波長より小さいことが好ましい。

また、本発明のファイバレーザシステムにおいて、上記出力ファイバは、マルチモードファイバである。

本発明によれば、従来よりも耐反射性に優れたファイバレーザシステムを実現することができる。

本発明の実施の形態に係るファイバレーザシステムの構成を示す概略図である。 レーザ光がシリカガラス製の光ファイバに入射したときの、レーザ光とストークス光との波数差と、ストークス光の強度との関係を示すグラフである。 図１に示すファイバレーザシステムにおける１つのファイバレーザの構成を示す概略図である。 出力パワーが１ｋＷのファイバレーザにて生じるストークス光のパワーの３倍と、出力パワーが１ｋＷのファイバレーザを３つ備えたファイバレーザシステムにて生じるストークス光のパワーとを各波長において比較したグラフである。

本発明を実施するための形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るファイバレーザシステム１の構成を示す概略図である。ファイバレーザシステム１は、３つ（複数）のファイバレーザ２〜４と、出力コンバイナ（コンバイナ）５と、マルチモードファイバ（出力ファイバ）６と、出力部７と、３つ（複数）の光ファイバ１０とを備えている。ファイバレーザシステム１は、加工対象物体８に対してレーザ光を照射することによって、加工対象物体８を加工するものである。加工対象物体８は例えば、鉄鋼材料（軟鋼、炭素鋼、ステンレス鋼等）、非鉄材料（アルミニウム、銅、マグネシウム等）、高脆性材料（セラミックス、ガラス等）、またはその他（プラスチック、樹脂等）である。加工対象物体８に照射されたレーザ光は加工対象物体８にて５〜１０％程度反射され、加工対象物体８にて反射されたレーザ光はファイバレーザシステム１に戻る場合がある。加工対象物体８にて反射されファイバレーザシステム１に戻ったレーザ光は、ファイバレーザシステム１の理想的な動作に対して悪影響を与える可能性がある。

ファイバレーザ２〜４は、それぞれがレーザ光を生成するものであり、光ファイバ１０を介して出力コンバイナ５に接続されている。ファイバレーザ２〜４と出力コンバイナ５との接続に用いられる光ファイバ１０はいずれも、シングルモード、または、いわゆる疑似シングルモードの光ファイバである。ファイバレーザ２〜４のそれぞれは、シリカガラス製の光ファイバをレーザ媒質とするものである。ファイバレーザ２〜４のそれぞれの構成については、図３を参照した説明にて後述する。

出力コンバイナ５は、ファイバレーザ２〜４のそれぞれにて生成されたレーザ光を合波するものである。当該合波されたレーザ光は、マルチモードファイバ６をマルチモード光として伝搬し、出力部７からファイバレーザシステム１の外部に（すなわち、加工対象物体８に対して）出射される。

なお、ファイバレーザ２〜４を構成する光ファイバ、光ファイバ１０、およびマルチモードファイバ６は、シリカガラス製である。これらの光ファイバは一般に、１ｍあたり１０^−５％程度の光の反射率を有している。上述した加工対象物体８によるレーザ光の反射と、これらの光ファイバによる光の反射とによってストークス光の再帰的な増幅が生じ、ＳＲＳによるストークス光の波長での発振が発生する。

そして、ファイバレーザ２〜４の全ては、任意の２つのファイバレーザについて、互いの発振波長の差が、シリカガラスにおけるラマンシフトの波数スペクトルにおける、後述する平面四員環の振動モードに由来するピークの半値半幅に相当する波長より大きい。具体的に、ファイバレーザ２の発振波長λ_Ｌ２とファイバレーザ３の発振波長λ_Ｌ３との差、ファイバレーザ２の発振波長λ_Ｌ２とファイバレーザ４の発振波長λ_Ｌ４との差、および、ファイバレーザ３の発振波長λ_Ｌ３とファイバレーザ４の発振波長λ_Ｌ４との差の全てが、当該半値半幅に相当する波長Δλ_ＳＲＳより大きい。

これにより、ファイバレーザ２からのレーザ光の波長とファイバレーザ３からのレーザ光の波長とを十分に異ならせることができる。また、ファイバレーザ２からのレーザ光によるストークス光のピーク波長λ_Ｓ２とファイバレーザ３からのレーザ光によるストークス光のピーク波長λ_Ｓ３とを十分に異ならせることができる。これにより、平面四員環の振動モードに由来するピーク波長について、各ファイバレーザ２および３から出力されるレーザ光に起因するＳＲＳの独立性を高めることができる。従って、平面四員環の振動モードに由来するピーク波長について、レーザ光からストークス光へのパワーの変換効率（ラマンゲイン）を引き下げることができる。その結果、平面四員環の振動モードに由来するピーク波長におけるストークス光の発振を生じ難くすることができる。換言すれば、ＳＲＳによるストークス光の波長での発振を抑制することができる。当該発振の抑制とは、すなわち、ファイバレーザ３のレーザ光からファイバレーザ２のストークス光へのパワーの移り量が少なくなると共に、ファイバレーザ２のレーザ光からファイバレーザ３のストークス光へのパワーの移り量が少なくなることを意味する。また、ファイバレーザ２とファイバレーザ４との組み合わせ、および、ファイバレーザ３とファイバレーザ４との組み合わせについても、ファイバレーザ２とファイバレーザ３との組み合わせと同様の効果を奏する。これにより、ファイバレーザシステム１全体における当該発振の抑制が可能となる。従って、従来よりも耐反射性に優れたファイバレーザシステム１を実現することが可能となる。

図２は、レーザ光がシリカガラス製の光ファイバに入射したときの、レーザ光とストークス光との波数差と、ストークス光の強度との関係を示すグラフである。図２には、ファイバレーザシステム１のレーザパワーＰ_ＡＶが１．１Ｗである場合の関係、レーザパワーＰ_ＡＶが１．３Ｗである場合の関係、およびレーザパワーＰ_ＡＶが１．５Ｗである場合の関係のそれぞれを示している。

図２に示すグラフから明らかであるとおり、ストークス光は、レーザ光とストークス光との波数差が４９０ｃｍ^−１付近であるピークと、同波数差が４４０ｃｍ^−１付近であるピークとを有している。前者は、Ｓｉ‐Ｏ網目構造における平面四員環の振動モードに由来するピークと呼ばれており、後者は、Ｓｉ‐Ｏ網目構造における骨格振動の振動モードに由来するピークと呼ばれている。

ここでは、ファイバレーザ２の発振波長λ_Ｌ２とファイバレーザ３の発振波長λ_Ｌ３とを異ならせる場合を考える。ファイバレーザ２からのレーザ光によるストークス光のピーク波長λ_Ｓ２とファイバレーザ３からのレーザ光によるストークス光のピーク波長λ_Ｓ３とが一致する場合、ファイバレーザシステム１における上記の発振の発生が顕著となる虞がある。

以上のことを考慮して、本実施の形態においては、ファイバレーザ２の発振波長λ_Ｌ２とファイバレーザ３の発振波長λ_Ｌ３との差を、シリカガラスのＳｉ‐Ｏ網目構造における平面四員環の振動モードに由来するピークの半値半幅に相当する波長より大きくする。これにより、ファイバレーザ２とファイバレーザ３とについて、上記平面四員環の振動モードに由来するピーク同士を十分に（当該ピークの半値半幅を超えて）異ならせることができる。また、当該発振波長の差は、シリカガラスのＳｉ‐Ｏ網目構造における骨格振動の振動モードに由来するピークの半値半幅に相当する波長より大きいことが好ましい。これにより、ファイバレーザ２とファイバレーザ３とについて、上記骨格振動の振動モードに由来するピーク同士を十分に（当該ピークの半値半幅を超えて）異ならせることができる。これにより、各ファイバレーザ２および３から出力されるレーザ光に起因するＳＲＳの独立性を高めることができるので、骨格振動の振動モードに由来するＳＲＳでのレーザ光からストークス光へのパワーの変換効率を引き下げることができる。その結果、ストークス光の発振を生じ難くすることができる。さらに、ファイバレーザ２および３の一方における、上記平面四員環の振動モードに由来するピークのピーク波数が、ファイバレーザ２および３の他方における、上記骨格振動の振動モードに由来するピークのピーク波数から当該骨格振動の振動モードに由来するピークの半値半幅を減じた波数より小さいことがより好ましい。もしくは、ファイバレーザ２および３の一方における、上記骨格振動の振動モードに由来するピークのピーク波数が、ファイバレーザ２および３の他方における、上記平面四員環の振動モードに由来するピークのピーク波数に当該平面四員環の振動モードに由来するピークの半値半幅を加えた波数より大きいことがより好ましい。これにより、ファイバレーザ２とファイバレーザ３とについて、一方のファイバレーザについての上記平面四員環の振動モードに由来するピークと、他方のファイバレーザについての上記骨格振動の振動モードに由来するピークとを十分に異ならせることができる。これにより、各ファイバレーザ２および３から出力されるレーザ光に起因するＳＲＳの独立性を更に高めることができるので、これらの振動モードに由来するＳＲＳでのレーザ光からストークス光へのパワーの変換効率を更に引き下げることができる。その結果、ストークス光の発振を更に生じ難くすることができる。

換言すれば、下記のとおりである。ファイバレーザ３における、上記平面四員環の振動モードに由来するピークのピーク波数から、ファイバレーザ３における、上記骨格振動の振動モードに由来するピークのピーク波数を減じた波数をＡとし、ファイバレーザ２における、上記骨格振動の振動モードに由来するピークの半値半幅の波数をＢとし、ファイバレーザ２における、上記平面四員環の振動モードに由来するピークの半値半幅の波数をＣとする。この場合、ファイバレーザ２とファイバレーザ３との発振波長の差は、Ａ＋Ｂの波数に相当する波長より大きいか、またはＡ＋Ｃの波数に相当する波長より大きい。

これにより、ファイバレーザ２からのレーザ光によるストークス光のピーク波長λ_Ｓ２とファイバレーザ３からのレーザ光によるストークス光のピーク波長λ_Ｓ３とを確実に異ならせることができるため、ファイバレーザシステム１における上記の発振の発生を十分に抑制することができる。

なお、図２を参照した説明に関しては、ファイバレーザ２の発振波長λ_Ｌ２とファイバレーザ４の発振波長λ_Ｌ４とを異ならせる場合、および、ファイバレーザ３の発振波長λ_Ｌ３とファイバレーザ４の発振波長λ_Ｌ４とを異ならせる場合についても、同様のことが言える。

図３は、ファイバレーザシステム１における１つのファイバレーザ２の構成を示す概略図である。

図３に示すように、ファイバレーザ２は、光ファイバ１０を介して出力コンバイナ５と接続されており、複数の励起光源２１と、ポンプコンバイナ２３と、増幅用光ファイバ２５と、ミラーとして機能する高反射ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）２４と、ハーフミラーとして機能する低反射ＦＢＧ２６とを備えている。ファイバレーザ２は、増幅用光ファイバ２５の高反射ＦＢＧ２４と低反射ＦＢＧ２６とに挟まれた区間を共振器とした共振器型ファイバレーザとして機能する。増幅用光ファイバ２５、および光ファイバ１０等の、各光ファイバのそれぞれは、シリカガラス製のコアを有しており、このコアにてレーザ光を伝搬させる。

ポンプコンバイナ２３から増幅用光ファイバ２５までを接続する光ファイバは、増幅用光ファイバ２５と同様の構成であってもよい。ただし、ポンプコンバイナ２３から増幅用光ファイバ２５までを接続する光ファイバのコアには活性元素は添加されていない。

増幅用光ファイバ２５は、コアに活性元素（希土類元素等）が添加されたダブルクラッドファイバである。増幅用光ファイバ２５の一端には、高反射ＦＢＧ２４が形成されており、増幅用光ファイバ２５の他端には、低反射ＦＢＧ２６が形成されている。高反射ＦＢＧ２４は、増幅用光ファイバ２５にて発生したレーザ光を反射するように構成されている。レーザ光の発振波長における高反射ＦＢＧ２４の反射率は、例えば９９％以上である。低反射ＦＢＧ２６は、増幅用光ファイバ２５にて発生したレーザ光の一部を反射し、残りの部分を透過するように構成されている。レーザ光の発振波長における低反射ＦＢＧ２６の反射率は、高反射ＦＢＧ２４の反射率よりも低く設定されており、例えば１０％である。各励起光源２１は、増幅用光ファイバ２５に供給する励起光の光源であり、ポンプコンバイナ２３を介して増幅用光ファイバ２５に接続されている。

ファイバレーザ２では、各励起光源２１からの励起光が、ポンプコンバイナ２３を介して増幅用光ファイバ２５の第１クラッドに入射する。そして、増幅用光ファイバ２５の第１クラッドを導波する励起光がコアを通過する際、コアに添加された活性元素を反転分布状態に遷移させる。反転分布状態に遷移した活性元素は、自然放出光を種光として、誘導放出の連鎖を起こす。誘導放出されたレーザ光は、高反射ＦＢＧ２４と低反射ＦＢＧ２６との間で反射を繰り返えすことで再帰的に増幅される。

なお、ファイバレーザ３および４についても、図３に示したファイバレーザ２と同様の構成を有している。

そして、ファイバレーザ２の発振波長を変化させるためには、ファイバレーザ２の高反射ＦＢＧ２４および低反射ＦＢＧ２６が反射させる光の波長を変化させればよい。また、ファイバレーザ３の発振波長を変化させるためには、ファイバレーザ３の高反射ＦＢＧ２４および低反射ＦＢＧ２６が反射させる光の波長を変化させればよい。また、ファイバレーザ４の発振波長を変化させるためには、ファイバレーザ４の高反射ＦＢＧ２４および低反射ＦＢＧ２６が反射させる光の波長を変化させればよい。

ここからは、図１に示すファイバレーザシステム１における、ファイバレーザ２〜４のそれぞれの発振波長の一例について説明する。以下では、２つの実施例（それぞれ、実施例１、実施例２と称する）について説明する。

まず、実施例１について説明する。ファイバレーザ２から出力されるレーザ光の出力パワー、ファイバレーザ３から出力されるレーザ光の出力パワー、およびファイバレーザ４から出力されるレーザ光の出力パワーは、いずれも１ｋＷである。つまり、ファイバレーザシステム１から出射されるレーザ光の出力パワーは、３ｋＷである。そして、ファイバレーザ２の発振波長は１０７８ｎｍ（ナノメートル）であり、ファイバレーザ３の発振波長は１０８０ｎｍであり、ファイバレーザ４の発振波長は１０８２ｎｍである。Ｓｉ‐Ｏ網目構造における平面四員環の振動モードに由来するピークの半値半幅に相当する波長は、およそ２ｎｍ未満であるため、ファイバレーザ２〜４のうち任意の２つにおける発振波長の差を、２ｎｍ以上とすればよい。

続いて、実施例２について説明する。ファイバレーザ２から出力されるレーザ光の出力パワー、ファイバレーザ３から出力されるレーザ光の出力パワー、ファイバレーザ４から出力されるレーザ光の出力パワー、およびファイバレーザシステム１から出射されるレーザ光の出力パワーは、実施例１と同じである。そして、ファイバレーザ２の発振波長は１０６０ｎｍであり、ファイバレーザ３の発振波長は１０７０ｎｍであり、ファイバレーザ４の発振波長は１０８０ｎｍである。Ｓｉ‐Ｏ網目構造における骨格振動の振動モードに由来するピークの半値半幅に相当する波長は、およそ１０ｎｍ未満であるため、ファイバレーザ２〜４のうち任意の２つにおける発振波長の差を、１０ｎｍ以上とすればよい。

上述した各種発振波長の差の最大値は、特に限定されないが、ファイバレーザシステム１の光学特性（例えば、各ファイバレーザ２〜４が増幅可能な光の波長範囲、収差特性）に応じて適宜決定されることとなる。現実的には、ファイバレーザ２〜４のうち任意の１つからのレーザ光のピーク波長と別の任意の１つからのレーザ光によるストークス光のピーク波長とが一致しないようにする必要がある。ファイバレーザ２〜４のうち任意の２つにおける発振波長の差を、シリカガラスにおけるラマンシフトに相当する波長未満、具体例としては５０ｎｍ（およそ１３ＴＨｚ：テラヘルツに相当）未満とすれば、この一致の虞を十分に抑制することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ ファイバレーザシステム
２ ファイバレーザ
３ ファイバレーザ
４ ファイバレーザ
５ 出力コンバイナ（コンバイナ）
６ マルチモードファイバ（出力ファイバ）
７ 出力部
８ 加工対象物体
１０ 光ファイバ
２１ 励起光源
２３ ポンプコンバイナ
２４ 高反射ＦＢＧ
２５ 増幅用光ファイバ
２６ 低反射ＦＢＧ

Claims (6)

1. シリカガラス製の光ファイバをレーザ媒質とするファイバレーザを複数と、
   複数の上記ファイバレーザのそれぞれから出射されたレーザ光を合波するコンバイナと、
   上記コンバイナによって合波されたレーザ光をマルチモード光として伝搬する、シリカガラス製の出力ファイバとを備えているファイバレーザシステムであって、
   上記複数のファイバレーザのうち任意の２つについて、互いの発振波長の差が、シリカガラスのＳｉ‐Ｏ網目構造における平面四員環の振動モードに由来するピークの半値半幅に相当する波長より大きいことを特徴とするファイバレーザシステム。
2. 上記発振波長の差は、シリカガラスのＳｉ‐Ｏ網目構造における骨格振動の振動モードに由来するピークの半値半幅に相当する波長より大きいことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザシステム。
3. 上記複数のファイバレーザのうち任意の２つについて、
   一方のファイバレーザにおける、上記平面四員環の振動モードに由来するピークのピーク波数から、当該一方のファイバレーザにおける、シリカガラスのＳｉ‐Ｏ網目構造における骨格振動の振動モードに由来するピークのピーク波数を減じた波数をＡとし、
   他方のファイバレーザにおける、上記骨格振動の振動モードに由来するピークの半値半幅の波数をＢとした場合、
   上記発振波長の差は、Ａ＋Ｂの波数に相当する波長より大きいことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザシステム。
4. 上記複数のファイバレーザのうち任意の２つについて、
   一方のファイバレーザにおける、上記平面四員環の振動モードに由来するピークのピーク波数から、当該一方のファイバレーザにおける、上記骨格振動の振動モードに由来するピークのピーク波数を減じた波数をＡとし、
   他方のファイバレーザにおける、上記平面四員環の振動モードに由来するピークの半値半幅の波数をＣとした場合、
   上記発振波長の差は、Ａ＋Ｃの波数に相当する波長より大きいことを特徴とする請求項２に記載のファイバレーザシステム。
5. 上記発振波長の差は、シリカガラスにおけるラマンシフトに相当する波長より小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のファイバレーザシステム。
6. 上記出力ファイバは、マルチモードファイバであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のファイバレーザシステム。

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