JP6072116B2 - パルスファイバレーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、パルスファイバレーザ装置に関する。

下記の特許文献１には、パルス光を発生させるための光スイッチを備えたパルスファイバレーザ装置が開示されている。このパルスファイバレーザ装置は、光スイッチを構成する光偏向素子として、音響光学変調器を備えている。この光偏向素子を高速にＯＮ／ＯＦＦ動作させ、光偏向素子に入射した光を偏向させて信号光取出し用の光ファイバに光学的に結合させる期間と、入射光を偏向させずに光ファイバに光学的に結合させない期間と、を交互に作ることにより、パルス光を生成することができる。

国際公開第２０１０／００２００３号公報

特許文献１のパルスファイバレーザ装置において、光偏向素子を通った光を光ファイバに光学的に結合させない期間では、光は光ファイバの入射端面の周辺領域に照射される。光ファイバの周辺領域には樹脂、金属等で構成された光スイッチの各種の部品が存在し、これら各種の部品が光の照射によって発熱する。この発熱に起因して光スイッチの信頼性が低下する、という問題がある。この問題は、高出力のパルスファイバレーザ装置において特に顕著であり、場合によっては光スイッチに損傷が生じるおそれがある。

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、信頼性が高く、熱による損傷が生じにくい光スイッチを備えたパルスファイバレーザ装置を提供することを目的の一つとする。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様のパルスファイバレーザ装置は、光共振器を含むファイバレーザ装置本体と、前記光共振器の出力から出射端までの間に設けられた光スイッチと、を備え、前記光スイッチは、入射光の射出方向を第１の方向と第２の方向とに時間的に切り替え可能とされた光偏向素子と、前記第１の方向に射出された光が光学的に結合され、前記第１の方向に射出された光を信号光として伝搬する信号光伝搬用光ファイバと、前記第２の方向に射出された光が光学的に結合され、前記第２の方向に射出された光を不要光として前記光スイッチの外部に伝搬する不要光伝搬用光ファイバと、を備えたことを特徴とする。

本発明の一つの態様のパルスファイバレーザ装置においては、光スイッチが不要光伝搬用光ファイバを備えているため、不要光伝搬用光ファイバによって不要光が光スイッチの外部に伝搬され、光スイッチ内の不要光の進行方向に存在する部品等への不要光の照射が抑えられる。これにより、光スイッチ内での発熱が抑制され、信頼性が高く、熱による損傷が生じにくい光スイッチを備えたパルスファイバレーザ装置を実現できる。

本発明の一つの態様のパルスファイバレーザ装置は、前記不要光伝搬用光ファイバにより伝搬される前記不要光の少なくとも一部を処理する不要光処理部をさらに備えていてもよい。
この構成によれば、不要光処理部において不要光の少なくとも一部を例えば吸収させることにより、確実に処理することができる。

本発明の一つの態様のパルスファイバレーザ装置は、前記信号光伝搬用ファイバおよび前記不要光伝搬用ファイバと前記光偏向素子との間に設けられ、前記第１の方向に射出された光と前記第２の方向に射出された光とを互いに近付く方向に集光させる一つもしくは複数の集光素子をさらに備えていてもよい。その場合、前記信号光伝搬用ファイバと前記不要光伝搬用ファイバとは、互いの側面の周方向の一部同士が接触していてもよい。
この構成によれば、信号光伝搬用ファイバと不要光伝搬用ファイバとを任意の支持部材等により一括して配置することができ、装置の簡素化および小型化を図ることができる。

本発明の一つの態様のパルスファイバレーザ装置において、前記不要光伝搬用ファイバの入射端面は、前記信号光伝搬用ファイバの入射端面よりも前記集光素子に近い側に位置し、前記不要光伝搬用ファイバの入射端面を含む仮想平面内における前記第１の方向に射出された光の入射位置と前記第２の方向に射出された光の入射位置との間の距離は、前記信号光伝搬用ファイバの半径よりも大きい構成であってもよい。

一つもしくは複数の集光素子を用いて第１の方向に進む光と第２の方向に進む光とを集光させた場合、２つの光は進む距離が長くなる程、互いに接近する。そのため、場合によって、信号光とともに不要光が信号光伝搬用ファイバに入射するおそれがある。この問題に対し、上記の構成によれば、不要光伝搬用ファイバの入射端面が信号光伝搬用ファイバの入射端面よりも集光素子に近い側に位置しているため、信号光と不要光との間隔が離れている間に不要光を不要光伝搬用ファイバに入射させることができる。また、不要光伝搬用ファイバの入射端面を含む仮想平面内における信号光の入射位置と不要光の入射位置との間の距離が信号光伝搬用ファイバの半径よりも大きいため、信号光を信号光伝搬用ファイバに光学的に結合させたときに不要光が信号光伝搬用ファイバに光学的に結合することを抑制できる。

本発明の一つの態様のパルスファイバレーザ装置は、前記信号光伝搬用ファイバの入射端面に、空気の屈折率よりも高い屈折率を有する導光部材を備えていてもよい。
この構成によれば、導光部材に入射した信号光を、空気と導光部材との屈折率差によって、信号光伝搬用ファイバのコアに対する入射角が小さくなる方向に屈折させ、信号光伝搬用ファイバの入射端面に導くことができる。これにより、信号光伝搬用ファイバに対する信号光の結合効率を高めることができる。

本発明の一つの態様のパルスファイバレーザ装置は、前記信号光伝搬用ファイバと前記不要光伝搬用ファイバとを挿通させる挿通孔を有するフェルールを備え、前記信号光伝搬用ファイバおよび前記不要光伝搬用ファイバと前記挿通孔の内壁との間に、前記信号光伝搬用ファイバおよび前記不要光伝搬用ファイバの最外クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材が設けられていてもよい。
この構成によれば、各ファイバの最外クラッドに漏れた光が、フェルールの挿通孔内部の低屈折率材により閉じ込められる。これにより、光スイッチの内部で不要な発熱が生じることが抑制される。

本発明の一つの態様のパルスファイバレーザ装置において、前記信号光伝搬用光ファイバは、ダブルクラッドファイバで構成されていてもよい。
この構成によれば、コアに結合されなかった信号光をインナークラッドに閉じ込めることができる。これにより、信号光が信号光伝搬用光ファイバの外部に漏出することを抑制できる。信号光伝搬用光ファイバが被覆を有する場合には、信号光が被覆に入射して発熱することを抑制できる。

本発明の一つの態様のパルスファイバレーザ装置において、前記不要光伝搬用光ファイバは、ダブルクラッドファイバで構成されていてもよい。
この構成によれば、コアに結合されなかった不要光をインナークラッドに閉じ込めることができる。これにより、不要光が不要光伝搬用光ファイバの外部に漏出することを抑制できる。不要光伝搬用光ファイバが被覆を有する場合には、不要光が被覆に入射して発熱することを抑制できる。

本発明の一つの態様によれば、信頼性が高く、熱による損傷が生じにくい光スイッチを備えたパルスファイバレーザ装置を実現できる。

本実施形態のパルスファイバレーザ装置の概略構成図である。 光スイッチの概略構成図である。 信号光伝搬用光ファイバと不要光伝搬用光ファイバとの接合部を示す断面図である。 信号光伝搬用光ファイバと不要光伝搬用光ファイバとの接合部の断面図であり、ファイバ中心軸を通り、中心軸に平行な平面で切断した断面図である。 信号光伝搬用光ファイバと不要光伝搬用光ファイバとの接合部を光の入射方向から見た正面図である。 従来の光スイッチの概略構成図である。 従来の問題点を説明するための図であり、ファイバ中心軸を通り、中心軸に平行な平面で切断した断面図である。 従来の問題点を説明するための図であり、ファイバ中心軸に垂直な平面で切断した断面図である。

以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
本実施形態のパルスファイバレーザ装置は、例えばレーザ加工等の用途に用いて好適なものである。ただし、用途はレーザ加工に限るものではない。
図１は、本実施形態のパルスファイバレーザ装置の概略構成図である。図２は、光スイッチの概略構成図である。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

図１に示すように、本実施形態のパルスファイバレーザ装置１は、パルス発振器２と、第１の波長フィルタ３と、波長変換器４と、第２の波長フィルタ５と、光増幅器６と、光スイッチ７と、を備える。パルス発振器２、第１の波長フィルタ３、波長変換器４、第２の波長フィルタ５、光増幅器６および光スイッチ７は、一つの筐体に収容され、ファイバレーザ装置本体８を構成する。その他、パルスファイバレーザ装置１は、デリバリファイバを介してファイバレーザ装置本体８と接続され、被加工面に向けてパルス光を出力するためのレーザヘッド（図示略）等を備えていてもよい。

パルス発振器２は、パルス光を出力する。パルス発振器２には、例えばファブリペロー型のファイバレーザ、ファイバリングレーザ等を含む周知のパルス発振器が用いられる。詳細な説明は省略するが、パルス発振器２においては、例えば励起光源からの励起光によって希土類添加ファイバ中の希土類イオンが励起状態となり、自然放出光が放出される。自然放出光は増幅されつつ光ファイバ内を伝搬した後、光スイッチによりスイッチングされ、パルス光となる。

第１の波長フィルタ３は、パルス発振器２と光学的に結合されたバンドパスフィルタで構成される。第１の波長フィルタ３は、パルス発振器２からの出力光の波長と一致する波長の光を透過し、パルス発振器２からの出力光の波長以外の波長の光を遮断する。また、第１の波長フィルタ３は、被加工面からパルス発振器２に向けて戻る反射光を遮断する。

波長変換器４は、第１の波長フィルタ３と光学的に結合されている。波長変換器４は、第１の波長フィルタ３から出力された光の波長を長波長側にシフトする。波長変換器４は、例えば高パワーの光が入射したときに誘導ラマン散乱効果を発現する光ファイバで構成されている。

第２の波長フィルタ５は、波長変換器４と光学的に結合されたバンドパスフィルタで構成される。第２の波長フィルタ５は、波長変換器４からの出力光の波長と一致する波長の光を透過させ、波長変換器４からの出力光の波長以外の波長の光を遮断する。言い換えると、第２の波長フィルタ５は、波長変換器４で波長変換された光を透過させ、波長変換器４で波長変換されなかった光を遮断する。

光増幅器６は、第２の波長フィルタ５と光学的に結合されている。光増幅器６は、第２の波長フィルタ５から出力された光を増幅する。詳細な説明は省略するが、光増幅器６は、例えば複数のレーザダイオードを含む励起光源と、希土類元素としてＹｂがドープされたＹｂドープファイバからなる増幅用ファイバと、を備えている。励起光源からの励起光が増幅用ファイバ中のＹｂに吸収されて反転分布が形成され、誘導放出が生じる。これにより、コア内を伝搬するレーザ光が増幅され、パルスレーザ出力として出力される。

光スイッチ７は、光増幅器６から出力されたパルスレーザ光の一部を時間的に抽出もしくは遮断する。光スイッチ７の具体的な構成について、以下、説明する。

図２に示すように、光スイッチ７は、音響光学素子１０と、コリメートレンズ１１と、集光レンズ１２と、信号光伝搬用ファイバ１３と、不要光伝搬用ファイバ１４と、筐体１５と、を備えている。音響光学素子１０、コリメートレンズ１１および集光レンズ１２は、筐体１５の内部に収容されている。信号光伝搬用ファイバ１３および不要光伝搬用ファイバ１４は、筐体１５の入力用光ファイバ１６が接続された面と対向する面に固定されている。不要光伝搬用ファイバ１４の筐体１５に固定された側と反対側の端部は、不要光処理部１７と光学的に結合されている。

音響光学素子１０は、音響光学効果を発現する強誘電体結晶等に高周波信号を入力することにより入射した光Ｌｉを回折させることが可能な素子である。音響光学素子１０においては、高周波信号を制御することで１次回折光と０次光とを発生させることができる。これにより、音響光学素子１０は、光の出力方向を、１次回折光Ｌ１の進行方向である第１の方向と、０次光Ｌ０の進行方向である第２の方向と、に時間的に切り替えることができる。１次回折光Ｌ１と０次光Ｌ０とは、１次回折光Ｌ１の光路と０次光Ｌ０の光路とが所定の角度θをなすように、音響光学素子１０から出力される。
本実施形態の音響光学素子１０は、特許請求の範囲の光偏向素子に対応する。

コリメートレンズ１１は、入力用光ファイバ１６から音響光学素子１０に向かう光Ｌｉの光路上に配置されている。コリメートレンズ１１は、入力用光ファイバ１６から出力された光Ｌｉを平行化し、音響光学素子１０の入射端面に導く。コリメートレンズ１１は、任意の支持部材等により筐体１５に固定する構成としてもよい。もしくは、コリメートレンズ１１は、任意の支持部材等により入力用光ファイバ１６と一体化された構成としてもよい。

集光レンズ１２は、音響光学素子１０から信号光伝搬用光ファイバ１３および不要光伝搬用光ファイバ１４の入射端面に向かう光の光路上に配置されている。集光レンズ１２は、音響光学素子１０から第１の方向に射出された１次回折光Ｌ１と第２の方向に射出された０次光Ｌ０とを、互いの光軸が近付く方向に集光させる。このように、集光レンズ１２は、１次回折光Ｌ１と０次光Ｌ０とを集光させ、１次回折光Ｌ１を信号光伝搬用光ファイバ１３の入射端面に導き、０次光Ｌ０を不要光伝搬用光ファイバ１４の入射端面に導く。
本実施形態の集光レンズ１２は、特許請求の範囲の集光素子に対応する。

本実施形態では、１つの集光レンズ１２で１次回折光Ｌ１と０次光Ｌ０とを集光させる構成を示したが、この構成に代えて、１次回折光Ｌ１の光路と０次光Ｌ０の光路のそれぞれに別の集光レンズを配置する構成としてもよい。集光レンズ１２は、任意の支持部材等により筐体１５に固定する構成としてもよい。もしくは、集光レンズ１２は、後述する筒状体によって信号光伝搬用ファイバ１３および不要光伝搬用ファイバ１４と一体化され、ユニット化されていてもよい。

１次回折光Ｌ１は、信号光として選択された光であり、信号光伝搬用ファイバ１３の内部を伝搬する。一方、０次光Ｌ０は、信号光として選択されなかった光、すなわち不要光であり、不要光伝搬用ファイバ１４の内部を伝搬する。

不要光は、不要光伝搬用ファイバ１４を介して不要光処理部１７に導かれる。不要光処理部１７は、例えば黒アルマイト処理が施されたアルミニウム、銅などの金属製ブロック、もしくは高屈折率樹脂が充填された容器等で構成されている。不要光処理部１７は、不要光伝搬用ファイバ１４により伝搬された不要光が金属製ブロックもしくは高屈折率樹脂に入射するように構成されている。不要光処理部１７は、不要光を金属製ブロックや高屈折率樹脂に吸収させて熱に変換し、この熱を放散させることにより不要光を除去する。不要光処理部１７は、ファイバレーザ装置本体８の外部に設けられてもよいし、ファイバレーザ装置本体８の内部に設けられてもよい。例えばファイバレーザ装置本体８の内部に熱容量の大きなヒートシンクなどがある場合、このヒートシンクを不要光処理部１７として利用してもよい。

図３は、信号光伝搬用光ファイバ１３と不要光伝搬用光ファイバ１４との接合部を示す断面図である。
本実施形態の光スイッチ７は、図３に示すように、信号光伝搬用ファイバ１３と不要光伝搬用ファイバ１４とを一括して固定するためのガラス製のフェルール１９を備えている。フェルール１９は、信号光伝搬用ファイバ１３と不要光伝搬用ファイバ１４とを挿通させる挿通孔１９ｈを有する。挿通孔１９ｈの内壁と信号光伝搬用ファイバ１３および不要光伝搬用ファイバ１４との間に、信号光伝搬用ファイバ１３および不要光伝搬用ファイバ１４の最外クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材２５が設けられている。低屈折率材２５として、例えば樹脂材料が充填されている。フェルール１９は、ＳＵＳ製の鏡筒２０に挿入された状態で筐体１５に固定されている。

図２では、集光レンズ１２が信号光伝搬用ファイバ１３および不要光伝搬用ファイバ１４から離れた位置に配置されているが、実際には、図３に示すように、集光レンズ１２は信号光伝搬用ファイバ１３および不要光伝搬用ファイバ１４から所定の距離をおいて鏡筒２０に支持されている。このように 筒状体２０を用いることにより、信号光伝搬用ファイバ１３および不要光伝搬用ファイバ１４の入射端面と集光レンズ１１とを確実に位置合わせすることができる。

図４は、信号光伝搬用光ファイバ１３と不要光伝搬用光ファイバ１４との接合部の断面図であり、ファイバの中心軸を通り、中心軸に平行な平面で切断した断面図である。
本実施形態において、信号光伝搬用ファイバ１３および不要光伝搬用ファイバ１４は、コア、インナークラッド、アウタークラッドを含むダブルクラッドファイバで構成されている。

図４に示すように、信号光伝搬用ファイバ１３と不要光伝搬用ファイバ１４とは、互いの側面の周方向の一部同士が接触している。不要光伝搬用ファイバ１４の入射端面１４ａは、信号光伝搬用ファイバ１３の入射端面１３ａよりも集光レンズ１２に近い側に位置している。信号光伝搬用ファイバ１３と不要光伝搬用ファイバ１４の任意の基準位置Ｋから信号光伝搬用ファイバ１３の入射端面１３ａまでの信号光伝搬用ファイバ１３の長さをＬｓとし、上記の基準位置Ｋから不要光伝搬用ファイバ１４の入射端面１４ａまでの不要光伝搬用ファイバ１４の長さをＬｆとすると、信号光伝搬用ファイバ１３の長さＬｓは不要光伝搬用ファイバ１４の長さＬｆよりも短い（Ｌｓ＜Ｌｆ）。

信号光伝搬用ファイバ１３の入射端面１３ａに、エンドキャップ２２が光学的に結合されている。エンドキャップ２２は、例えば石英ガラス製のロッドで構成され、入射した信号光を信号光伝搬用ファイバ１３の入射端面１３ａに導く。エンドキャップ２２の屈折率は、空気の屈折率よりも高い。エンドキャップ２２の径は、信号光伝搬用ファイバ１３の径と一致している。エンドキャップ２２の長さＬｅは、不要光伝搬用ファイバ１４の長さＬｆと信号光伝搬用ファイバ１３の長さＬｓとの差に一致する（Ｌｅ＝Ｌｆ−Ｌｓ）。そのため、エンドキャップ２２の入射端面２２ａと不要光伝搬用ファイバ１４の入射端面１４ａとの位置は同一平面上に揃っている。エンドキャップ２２の入射端面２２ａと不要光伝搬用ファイバ１４の入射端面１４ａには、反射防止膜２３がコーティングされている。
本実施形態のエンドキャップ２２は、特許請求の範囲の導光部材に対応する。

図５は、信号光伝搬用光ファイバ１３と不要光伝搬用光ファイバ１４との接合部を光の入射方向から見た正面図である。
不要光伝搬用ファイバ１３の入射端面１３ａとエンドキャップ２２の入射端面２２ａとを含む仮想平面Ｆ（図４参照）を想定する。
図５に示すように、仮想平面Ｆ内において、信号光（１次回折光）の入射位置Ｐｓと不要光（０次光）の入射位置Ｐｆとの間の距離Ｂは、信号光伝搬用ファイバ１３の半径Ｄｓ（＝エンドキャップ２２の半径）よりも大きい。この条件を満たせば、信号光がエンドキャップ２２の入射端面２２ａの中心に入射するように入射位置を調整したとき、不要光がエンドキャップ２２、すなわち信号光伝搬用ファイバ１３に入射することはない。図５の例では、信号光の入射位置Ｐｓと不要光の入射位置Ｐｆとの間の距離Ｂは、信号光伝搬用ファイバ１３の半径Ｄｓと不要光伝搬用ファイバ１４の半径Ｄｆとの合計に略等しくなっている。したがって、信号光がエンドキャップ２２の入射端面２２ａの略中心に入射したとき、不要光は不要光伝搬用ファイバ１４の入射端面１４ａの略中心に入射する。しかしながら、図５は一例であって、距離Ｂは、信号光伝搬用ファイバ１３の半径Ｄｓと不要光伝搬用ファイバ１４の半径Ｄｆとの合計に必ずしも等しくなっていなくてもよい。

図６に示すように、従来の光スイッチ１０７は、信号光伝搬用ファイバ１１３のみを備え、不要光伝搬用光ファイバを備えていなかった。なお、図６において、符号１１６は入力用光ファイバ、符号１１０は音響光学素子、符号１１５は筐体、である。したがって、図７および図８に示すように、信号光の選択期間では、１次回折光Ｌ１を信号光伝搬用ファイバ１１３のコア１２０に結合させ、信号光の非選択期間では、０次光Ｌ０を信号光伝搬用ファイバ１１３のコア１２０に結合させない構成としていた。そのため、１次回折光Ｌ１が信号光伝搬用ファイバ１１３のコア１２０に照射されたとき（符号Ｐｓの位置）、信号光伝搬用ファイバ１１３の０次光Ｌ０が信号光伝搬用ファイバ１１３の周辺部（符号Ｐｆの位置）に照射される。このとき、光スイッチ１０７の各種部品を構成する金属や樹脂の一部が発熱し、光スイッチ１０７の信頼性が低下する、場合によっては光スイッチ１０７の損傷が生じる等の問題を招いていた。

この問題に対して、本実施形態の光スイッチ７は、不要光伝搬用光ファイバ１４を備え、信号光の非選択期間では、不要光伝搬用光ファイバ１４を介して不要光を光スイッチ７の外部の不要光処理部１７に伝搬する構成を有している。これにより、光スイッチ７の各種部品を構成する金属や樹脂部分に不要光が照射されることを抑制できる。その結果、光スイッチ７の発熱が抑制され、光スイッチ７の信頼性低下や損傷を抑えることができる。また、不要光は、不要光処理部１７に吸収され、熱として放散させることで除去される。本実施形態によれば、信頼性が高く、熱による損傷が生じにくい光スイッチ７を備えたパルスファイバレーザ装置１を実現することができる。

本実施形態では、音響光学素子１０から出力される１次回折光Ｌ１と０次光Ｌ０とを互いに近付く方向に集光させる集光素子として、１次回折光側と０次光側とで共通の１個の集光レンズ１２が用いられている。また、信号光伝搬用ファイバ１３と不要光伝搬用ファイバ１４とは、互いの側面の周方向の一部同士が接触するようにフェルール１９により固定されている。これにより、信号光伝搬用ファイバ１３と不要光伝搬用ファイバ１４とを１箇所にまとめて配置することができ、光スイッチ７の構成の簡素化および小型化を図ることができる。

また、信号光（１次回折光）と不要光（０次光）とは集光レンズ１２により互いに近付く方向に集光されるため、２つの光は進む距離が長くなる程、互いに接近する。そのため、場合によっては、不要光が信号光伝搬用ファイバ１３に入射するおそれがある。この問題に対し、本実施形態の構成によれば、不要光伝搬用ファイバ１４の入射端面１４ａが信号光伝搬用ファイバ１３の入射端面１３ａよりも集光レンズ１２に近い側に位置し、かつ、入射端面１４ａを含む仮想平面Ｆ内において、信号光の入射位置と不要光の入射位置との間の距離が信号光伝搬用ファイバ１３の半径よりも大きいため、信号光を信号光伝搬用ファイバ１３のコアに光学的に結合させたときに、不要光が信号光伝搬用ファイバ１３に光学的に結合することを防止することができる。

また、本実施形態の光スイッチ７は、信号光伝搬用ファイバ１３の入射端面１３ａに、空気の屈折率よりも高い屈折率を有するエンドキャップ２２を備えているため、エンドキャップ２２に入射した信号光は、空気とエンドキャップ２２との屈折率差により、信号光伝搬用ファイバ１３のコアに対する入射角が小さくなる方向に屈折する。これにより、信号光伝搬用ファイバ１３に対する信号光の結合効率を高めることができる。

また、本実施形態の光スイッチ７においては、フェルール１９の挿通孔１９ｈの内部に低屈折率材２５が充填されているため、信号光伝搬用ファイバ１３および不要光伝搬用ファイバ１４のアウタークラッドに漏れた光は、低屈折率材２５によりアウタークラッド内に閉じ込められる。これにより、光スイッチ７の内部で不要な発熱が生じることが抑制される。

さらに、信号光伝搬用光ファイバ１３および不要光伝搬用光ファイバ１４がダブルクラッドファイバで構成されているため、コアに結合されなかった信号光および不要光をインナークラッドに閉じ込めることができる。これにより、信号光および不要光が各光ファイバの外部に漏出することを抑制できる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
本実施形態では、信号光伝搬用ファイバの入射側にエンドキャップ（導光部材）を備えた例を示したが、本発明の光スイッチは必ずしもエンドキャップを備えていなくてもよい。ただし、エンドキャップを備えていない場合であっても、不要光伝搬用ファイバの入射端面を信号光伝搬用ファイバの入射端面よりも集光素子側に突出させておくことが好ましい。不要光伝搬用ファイバの入射端面を信号光伝搬用ファイバの入射端面よりも集光素子側に突出させることにより、信号光と不要光との間隔が離れている間（接近する前）に不要光を不要光伝搬用ファイバに入射させることができる。これにより、信号光から不要光を確実に分離、除去することができる。

例えば上記実施形態のパルスファイバレーザ装置では、光増幅器の後段のパルス光を抽出するための光スイッチに本発明を適用したが、この構成に代えて、例えばパルス発振器内の光スイッチに本発明を適用してもよい。すなわち、光共振器の出力から出射端までの間に存在するいずれの光スイッチに本発明を適用してもよい。ただし、パルスファイバレーザ装置では、一般的に上流から下流にいくにつれて光パワーが大きくなる。光パワーが大きい下流側で発熱の問題が顕著になるため、下流側の光スイッチに本発明を適用することがより効果的である。

また、上記実施形態では、光スイッチを構成する光偏向素子として音響光学素子を用いたが、光の進行方向を高速に切り替えられるものであれば、音響光学素子に限ることはない。
その他、ファイバレーザ装置の各構成要素の形状、配置、材料等に関する具体的な記載は、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。

本発明は、例えば材料加工等に用いるパルスファイバレーザ装置に利用が可能である。

１…パルスファイバレーザ装置、７…光スイッチ、８…ファイバレーザ装置本体、１０…音響光学素子（光偏向素子）、１２…集光レンズ（集光素子）、１３…信号光伝搬用ファイバ、１４…不要光伝搬用ファイバ、１７…不要光処理部、１９…フェルール、２２…エンドキャップ（導光部材）。

Claims (10)

1. 光共振器を含むファイバレーザ装置本体と、
   前記光共振器の出力から出射端までの間に設けられた光スイッチと、を備え、
   前記光スイッチは、入射光の射出方向を第１の方向と第２の方向とに時間的に切り替え可能とされた光偏向素子と、
   前記第１の方向に射出された光が光学的に結合され、前記第１の方向に射出された光を信号光として伝搬する信号光伝搬用ファイバと、
   前記第２の方向に射出された光が光学的に結合され、前記第２の方向に射出された光を不要光として前記光スイッチの外部に伝搬する不要光伝搬用ファイバと、
   前記信号光伝搬用ファイバおよび前記不要光伝搬用ファイバと前記光偏向素子との間に設けられ、前記第１の方向に射出された光と前記第２の方向に射出された光とを互いに近付く方向に集光させる一つもしくは複数の集光素子と、を備え、
   前記信号光伝搬用ファイバと前記不要光伝搬用ファイバとは、互いの側面の周方向の一部同士が接触していることを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
2. 光共振器を含むファイバレーザ装置本体と、
   前記光共振器の出力から出射端までの間に設けられた光スイッチと、を備え、
   前記光スイッチは、入射光の射出方向を第１の方向と第２の方向とに時間的に切り替え可能とされた光偏向素子と、
   前記第１の方向に射出された光が光学的に結合され、前記第１の方向に射出された光を信号光として伝搬する信号光伝搬用ファイバと、
   前記第２の方向に射出された光が光学的に結合され、前記第２の方向に射出された光を不要光として前記光スイッチの外部に伝搬する不要光伝搬用ファイバと、
   前記信号光伝搬用ファイバおよび前記不要光伝搬用ファイバと前記光偏向素子との間に設けられ、前記第１の方向に射出された光と前記第２の方向に射出された光とを互いに近付く方向に集光させる一つもしくは複数の集光素子と、を備えたことを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
3. パルス発振器を含むファイバレーザ装置本体と、
   前記パルス発振器の出力から出射端までの間に設けられた光スイッチと、を備え、
   前記光スイッチは、入射光の射出方向を第１の方向と第２の方向とに時間的に切り替え可能とされた光偏向素子と、
   前記第１の方向に射出された光が光学的に結合され、前記第１の方向に射出された光を信号光として伝搬する信号光伝搬用ファイバと、
   前記第２の方向に射出された光が光学的に結合され、前記第２の方向に射出された光を不要光として前記光スイッチの外部に伝搬する不要光伝搬用ファイバと、
   前記信号光伝搬用ファイバおよび前記不要光伝搬用ファイバと前記光偏向素子との間に設けられ、前記第１の方向に射出された光と前記第２の方向に射出された光とを互いに近付く方向に集光させる一つもしくは複数の集光素子と、を備え、
   前記信号光伝搬用ファイバと前記不要光伝搬用ファイバとは、互いの側面の周方向の一部同士が接触していることを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
4. パルス発振器を含むファイバレーザ装置本体と、
   前記パルス発振器の出力から出射端までの間に設けられた光スイッチと、を備え、
   前記光スイッチは、入射光の射出方向を第１の方向と第２の方向とに時間的に切り替え可能とされた光偏向素子と、
   前記第１の方向に射出された光が光学的に結合され、前記第１の方向に射出された光を信号光として伝搬する信号光伝搬用ファイバと、
   前記第２の方向に射出された光が光学的に結合され、前記第２の方向に射出された光を不要光として前記光スイッチの外部に伝搬する不要光伝搬用ファイバと、
   前記信号光伝搬用ファイバおよび前記不要光伝搬用ファイバと前記光偏向素子との間に設けられ、前記第１の方向に射出された光と前記第２の方向に射出された光とを互いに近付く方向に集光させる一つもしくは複数の集光素子と、を備えたことを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
5. 前記不要光伝搬用ファイバにより伝搬される前記不要光の少なくとも一部を処理する不要光処理部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のパルスファイバレーザ装置。
6. 前記不要光伝搬用ファイバの入射端面は、前記信号光伝搬用ファイバの入射端面よりも前記集光素子に近い側に位置し、
   前記不要光伝搬用ファイバの入射端面を含む仮想平面内における前記第１の方向に射出された光の入射位置と前記第２の方向に射出された光の入射位置との間の距離は、前記信号光伝搬用ファイバの半径よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のパルスファイバレーザ装置。
7. 前記信号光伝搬用ファイバの入射端面に、空気の屈折率よりも高い屈折率を有する導光部材を備えたことを特徴とする請求項６に記載のパルスファイバレーザ装置。
8. 前記信号光伝搬用ファイバと前記不要光伝搬用ファイバとを挿通させる挿通孔を有するフェルールを備え、
   前記信号光伝搬用ファイバおよび前記不要光伝搬用ファイバと前記挿通孔の内壁との間に、前記信号光伝搬用ファイバおよび前記不要光伝搬用ファイバの最外クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材が設けられたことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のパルスファイバレーザ装置。
9. 前記信号光伝搬用ファイバは、ダブルクラッドファイバで構成されていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載のパルスファイバレーザ装置。
10. 前記不要光伝搬用ファイバは、ダブルクラッドファイバで構成されていることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載のパルスファイバレーザ装置。

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