JP6550494B1 - 光デバイスおよびファイバレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コアにスラント型ＦＢＧを形成した場合に、クラッド内を導波するＳＲＳ光を除去する。【解決手段】光デバイス１０は、コア１３ａと、コアを覆い、コアよりも低い屈折率を有するクラッド１３ｂと、クラッドを覆い、クラッドよりも低い屈折率を有する低屈折率層１３ｃと、コアに形成されたスラント型ＦＢＧ１２と、スラント型ＦＢＧによってコアからクラッドへと結合したＳＲＳ光を含むクラッドモード光をクラッド内から除去する、少なくとも１つのクラッドモード除去部Ｐ１〜Ｐ３と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、光デバイスおよびファイバレーザ装置に関する。

ファイバレーザの最高出力は、レーザ出力に対して非線形に発生する誘導ラマン散乱（ＳＲＳ：Stimulated Raman Scattering)による制限を受ける。
下記特許文献１では、ファイバレーザ装置において、コアにスラント型ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を形成することが開示されている。この構成により、コア内を伝搬する光からＳＲＳ光を選択的に除去し、コア内を伝搬する信号光を安定させたり、励起光源の損傷を防いだりすることができる。

米国特許第９６３４４６２号明細書

高出力のファイバレーザ装置において、コアにスラント型ＦＢＧを形成した場合、コアから除去された高パワーのＳＲＳ光は、クラッド内を導波する。高パワーのＳＲＳ光が、例えばクラッドを覆う保護被覆に集中的に照射されると、この保護被覆が強く発熱してしまう場合がある。あるいは、クラッド内を導波するＳＲＳ光が励起光源に到達すると、励起光源の損傷が発生する場合がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、コアにスラント型ＦＢＧを形成した場合に、クラッド内を導波する光を除去することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る光デバイスは、コアと、前記コアを覆い、前記コアよりも低い屈折率を有するクラッドと、前記クラッドを覆い、前記クラッドよりも低い屈折率を有する低屈折率層と、前記コアに形成されたスラント型ＦＢＧと、前記スラント型ＦＢＧによって前記コアから前記クラッドへ結合したＳＲＳ光を含むクラッドモード光を前記クラッド内から除去する、少なくとも１つのクラッドモード除去部と、を備える。

上記態様に係る光デバイスによれば、スラント型ＦＢＧによってコアから逃がされたＳＲＳ光を含むクラッドモード光は、低屈折率層によってクラッド内に閉じ込められる。そして、クラッド内を導波したクラッドモード光は、クラッドモード除去部によって除去される。このように、クラッドモード除去部によってＳＲＳ光を除去することで、例えば保護被覆などの意図しない部分にＳＲＳ光が照射して強く発熱したり、ＳＲＳ光が励起光源などに到達して励起光源が損傷したりすることが抑えられる。

ここで、上記光デバイスは、前記スラント型ＦＢＧが形成された前記コアと、前記クラッドと、前記低屈折率層と、を有する光ファイバを備え、前記クラッドモード除去部が前記光ファイバに設けられていてもよい。

この場合、１つの光ファイバに、スラント型ＦＢＧおよびクラッドモード除去部が設けられることになる。これにより、スラント型ＦＢＧによってクラッドへと逃がされたＳＲＳ光が、クラッドモード除去部によって速やかに除去される。

また、前記クラッドモード除去部は、前記クラッドの外周面に接触し、かつ該クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率材によって構成されたクラッドモードストリッパであってもよい。

この場合、クラッドモード光の除去能力が高いクラッドモードストリッパを、クラッドモード除去部として用いることで、ＳＲＳ光を含むクラッドモード光をより確実に除去することができる。

また、前記クラッドモードストリッパは、前記クラッドの長手方向に沿って前記スラント型ＦＢＧから遠ざかるに従って、前記クラッドモード光の除去能力が高まるように構成されていてもよい。

この場合、クラッドモードストリッパ周辺の発熱量が、長手方向でより均等になり、局所的に大きく発熱することが抑えられる。従って、クラッドモードストリッパの耐久性を向上させることができる。

また、前記高屈折率材は、前記長手方向に間隔を空けて配置され、かつ前記クラッドの外周面に接触する複数の接触部と、前記複数の接触部を互いに連結する連結部と、を有し、前記長手方向における前記複数の接触部のそれぞれの幅は、前記スラント型ＦＢＧから遠ざかるに従って大きくなっていてもよい。

この場合、クラッドモード光の除去能力がスラント型ＦＢＧから遠ざかるに従って高くなるクラッドモードストリッパを、容易に構成することができる。

また、前記クラッドモード除去部は、前記クラッドの長手方向における端面であってもよい。

この場合、クラッドの端面をクラッドモード除去部として用いることで、この端面に接続される他のファイバなどに、ＳＲＳ光が入射することが抑えられる。

また、前記クラッドの長手方向における両方の端面がそれぞれ前記クラッドモード除去部であってもよい。

この場合、クラッドの両端面がそれぞれクラッドモード除去部として機能することで、ＳＲＳ光をより確実に除去することができる。

また、前記クラッドのうち、前記コアにおける前記スラント型ＦＢＧが形成された領域を覆う部分の外周面が、前記低屈折率層よりも低い屈折率を有する低屈折率材によって覆われ、前記クラッドの長手方向において、前記クラッドモード除去部と前記低屈折率材とが異なる位置に配置されていてもよい。

この場合、スラント型ＦＢＧで反射された直後の強いパワーを有するＳＲＳ光を、低屈折率材によってクラッド内により確実に閉じ込めて、スラント型ＦＢＧの近傍が強く発熱するのを抑えることができる。また、長手方向における任意の位置で、クラッドモード除去部によってＳＲＳ光を除去することができる。

本発明の第２態様に係るファイバレーザ装置は、上記光デバイスと、励起光源と、共振器と、を備える。

上記態様のファイバレーザ装置によれば、高パワーのＳＲＳ光が発生したとしても、上述した光デバイスの作用により、ＳＲＳ光を起因とした発熱や励起光源の故障が抑えられる。従って、高出力のファイバレーザ装置を提供することができる。

また、上記態様のファイバレーザ装置において、前記クラッドモード除去部が、前記励起光源が出射した残留励起光が実質的に到達しない領域に配置されていてもよい。

この場合、クラッドモード除去部が、残留励起光が実質的に到達しない領域に配置されることで、励起光が不意に除去されてしまうことが抑えられる。

また、前記ファイバレーザ装置は、前方励起光源および後方励起光源を備える双方向励起型であって、前記共振器と前記前方励起光源との間に設けられた第１コンバイナと、前記共振器と前記後方励起光源との間に設けられた第２コンバイナと、を有し、前記領域は、前記第２コンバイナよりも出力端側に位置する部分であってもよい。
また、前記ファイバレーザ装置は前方励起型であり、前記共振器は、励起状態で光を放出する活性元素がコアに添加された増幅用ファイバと、前記活性元素が放出する光の少なくとも一部を反射する第１ＦＢＧと、前記第１ＦＢＧが反射する光を前記第１ＦＢＧよりも低い反射率で反射する第２ＦＢＧと、を有し、前記領域は、前記第２ＦＢＧよりも出力端側に位置する部分であってもよい。

本発明の上記態様によれば、コアにスラント型ＦＢＧを形成した場合に、クラッド内を導波するＳＲＳ光を除去することができる。

第１実施形態に係るファイバレーザ装置の構成を示すブロック図である。 図１の光デバイスの模式図である。 （ａ）は図２のクラッドモードストリッパの拡大図である。（ｂ）は変形例に係るクラッドモードストリッパの拡大図である。 （ａ）は、クラッド外径比の説明図である。（ｂ）は、クラッド外径比と接続損失との関係を示すグラフである。 第１実施形態の変形例に係るファイバレーザ装置の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係るファイバレーザ装置の構成を示すブロック図である。 第２実施形態の変形例に係るファイバレーザ装置の構成を示すブロック図である。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態の光デバイスおよびファイバレーザ装置について、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、本発明は以下の実施形態に限定されない。

図１に示すように、ファイバレーザ装置１Ａは、前方励起光源２と、第１コンバイナ３と、ＨＲ−ＦＢＧ（High Reflectivity-Fiber Bragg Grating）４と、増幅用ファイバ５と、ＯＣ−ＦＢＧ（Output Coupler-Fiber Bragg Grating）６と、第２コンバイナ７と、後方励起光源８と、光デバイス１０と、出力端９と、を備えている。増幅用ファイバ５、ＨＲ−ＦＢＧ４、およびＯＣ−ＦＢＧ６は、励起光源２、８が出射する励起光によってレーザ光を生成する共振器Ｒを構成している。
ファイバレーザ装置１Ａは、前方励起光源２および後方励起光源８を備えた双方向励起型である。

（方向定義）
図２に示すように、光デバイス１０は、光ファイバ１３を備えている。以下、光ファイバ１３の長手方向を単に長手方向という。また、光ファイバ１３から見て、長手方向における出力端９側を＋Ｘ側といい、共振器Ｒ側を−Ｘ側という。
また、増幅用ファイバ５から見て、前方励起光源２側を前方、後方励起光源８側を後方という場合がある。

図１に示すように、前方励起光源２および後方励起光源８は、増幅用ファイバ５を挟んで、それぞれ複数配置されている。前方励起光源２は前方励起光を増幅用ファイバ５に向けて出射し、後方励起光源８は後方励起光を増幅用ファイバ５に向けて出射する。これら励起光源２、８としては、例えばレーザダイオードを用いることができる。

第１コンバイナ３および第２コンバイナ７は、増幅用ファイバ５を挟んだ両側に配置されている。
第１コンバイナ３は、各前方励起光源２が出射した励起光を、１本の光ファイバに結合し、増幅用ファイバ５に向かわせる。第２コンバイナ７は、各後方励起光源８が出射した励起光を、１本の光ファイバに結合し、増幅用ファイバ５に向かわせる。

増幅用ファイバ５は、１種類または２種類以上の活性元素が添加されたコアと、コアを覆う第１クラッドと、第１クラッドを覆う第２クラッドと、第２クラッドを覆う保護被覆と、を有している。増幅用ファイバ５は、ダブルクラッドファイバである。コアに添加する活性元素としては、例えばエルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、あるいはネオジム（Ｎｄ）などの希土類元素が使用される。これらの活性元素は、励起状態で光を放出する。コアおよび第１クラッドとしてはシリカガラスなどを用いることができる。第２クラッドとしては、ポリマーなどの樹脂を用いることができる。保護被覆としては、アクリル樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂材料を用いることができる。

ＨＲ−ＦＢＧ（第１ＦＢＧ）４は、増幅用ファイバ５の前方の端部に融着接続された光ファイバのコア内に形成されている。ＨＲ−ＦＢＧ４は、励起状態にされた増幅用ファイバ５の活性元素が放出する光のうち信号光の波長の光をほぼ１００％の反射率で反射するように調整されており、ＨＲ−ＦＢＧ４の長手方向に沿って一定の周期で高屈折率の部分が繰り返される構造となっている。
ＯＣ−ＦＢＧ（第２ＦＢＧ）６は、増幅用ファイバ５の後方の端部に融着された光ファイバのコア内に形成されている。ＯＣ−ＦＢＧ６は、ＨＲ−ＦＢＧ４とほぼ同様の構造を有しているが、ＨＲ−ＦＢＧ４よりも低い反射率で、光を反射するように調整されている。

増幅用ファイバ５内では、ＨＲ−ＦＢＧ４およびＯＣ−ＦＢＧ６で反射した信号光が、増幅用ファイバ５の長手方向で往復する。信号光は、この往復に伴って増幅されてレーザ光となる。このように、共振器Ｒ内では、光が増幅されてレーザ光が生成される。レーザ光の一部は、ＯＣ−ＦＢＧ６を透過し、光デバイス１０を介して出力端９に到達する。

（光デバイス）
図２は、光デバイス１０の構成を示す模式図である。図２に示すように、光デバイス１０は、スラント型ＦＢＧ１２が形成されたコア１３ａと、クラッド１３ｂと、低屈折率層１３ｃと、保護被覆１３ｄと、を有する光ファイバ１３を備えている。コア１３ａおよびクラッド１３ｂとしては、シリカガラスなどにより形成されたガラスクラッドを用いることができる。クラッド１３ｂは、コア１３ａを覆い、コア１３ａよりも低い屈折率を有している。低屈折率層１３ｃは、クラッド１３ｂを覆い、クラッド１３ｂよりも低い屈折率を有している。

このように、光ファイバ１３は、クラッド１３ｂ（第１のクラッド）および低屈折率層１３ｃ（第２のクラッド）を有するダブルクラッドファイバである。低屈折率層１３ｃは、ポリマー材により形成されたポリマークラッドであってもよい。
保護被覆１３ｄは、低屈折率層１３ｃを覆っている。保護被覆１３ｄとしては、アクリル樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂材料を用いることができる。保護被覆１３ｄとして用いられるこれらの樹脂材料は、一般的に、光を吸収して発熱する。

光ファイバ１３の−Ｘ側の端部には共振器側ファイバ（他の光ファイバ）１７が融着接続され、光ファイバ１３の＋Ｘ側の端部には出力側ファイバ（他の光ファイバ）１８が融着接続されている。以下、光ファイバ１３と共振器側ファイバ１７との融着接続部を第１接続部Ａ１といい、光ファイバ１３と出力側ファイバ１８との融着接続部を第２接続部Ａ２という。また、共振器側ファイバ１７および出力側ファイバ１８のクラッドを、それぞれ共振器側クラッド１７ｂおよび出力側クラッド１８ｂという。

第１接続部Ａ１および第２接続部Ａ２は、第１固定部材１５および第２固定部材１６によってそれぞれ覆われ、固定されている。第１固定部材１５および第２固定部材１６としては、クラッド１３ｂよりも高い屈折率を有する材質が好適に用いられる。
光ファイバ１３のコア１３ａ、共振器側ファイバ１７のコア１７ａ、および出力側ファイバ１８のコア１８ａは、互いに融着接続されて一体となっている。

（スラント型ＦＢＧ）
スラント型ＦＢＧ１２は、コア１３ａに、部分的に加工用光線（紫外線レーザ光など）を照射し、屈折率を変調することで形成される。本実施形態では、スラント型ＦＢＧ１２を形成するために、低屈折率層１３ｃおよび保護被覆１３ｄを部分的に除去し、当該除去した部分を通じて加工用光線をコア１３ａに照射している。また、当該除去部分は、スラント型ＦＢＧ１２が形成された後、低屈折率材（再被覆部）１４によって覆われている。このため、クラッド１３ｂのうち、コア１３ａにおけるスラント型ＦＢＧ１２が形成された領域を覆う部分の外周面は、低屈折率材１４によって覆われている。
低屈折率材１４としては、クラッド１３ｂよりも低い屈折率を有する樹脂材料を用いることができる。低屈折率材１４を構成する樹脂材料の屈折率は、低屈折率層１３ｃの屈折率と同等またはそれより小さくてもよい。低屈折率材１４によって、低屈折率層１３ｃが除去された部分から、クラッドモード光が漏れることが抑えられる。

なお、低屈折率層１３ｃおよび保護被覆１３ｄが、前記加工用光線を充分に透過する材質である場合には、低屈折率層１３ｃおよび保護被覆１３ｄを除去しなくてもよい。この場合、光デバイス１０は、低屈折率材１４を備えていなくてもよい。
また、スラント型ＦＢＧ１２は、光デバイス１０内に複数設けられていてもよい。

スラント型ＦＢＧ１２は、レーザ光として用いられる信号光の波長帯（例えば１０６０ｎｍ）の光を透過し、かつ、ＳＲＳ光の波長帯（例えば１１２０ｎｍ）の光をコア１３ａからクラッド１３ｂに向けて逃がすように構成されている。
図２に模式的に示すように、本実施形態のスラント型ＦＢＧ１２では、長手方向における屈折率変調部同士の間隔が不均一になっている。これにより、スラント型ＦＢＧ１２でコア１３ａから取り除かれる光の波長帯が大きくなる。従って、ＳＲＳ光をクラッド１３ｂに向けてより確実に逃がすことができる。このように、ＳＲＳ光をコア１３ａから選択的に除去し、クラッド１３ｂに結合させることで、信号光の品質を安定させたり、励起光源２、８の損傷を防いだりすることができる。

クラッド励起型の共振器Ｒにおいては、共振器Ｒ内にスラント型ＦＢＧ１２を配置すると、ＳＲＳ光が共振器Ｒ内のクラッド中を導波することになり、励起光源２、８を損傷させるおそれがある。このため、スラント型ＦＢＧ１２は共振器Ｒの外部に配置されることが好ましい。
コア１３ａ内を＋Ｘ側（出力端９側）に向けて進行したＳＲＳ光は、スラント型ＦＢＧ１２によってコア１３ａから除去され、クラッド１３ｂに向かう。このとき、クラッド１３ｂに逃がされたＳＲＳ光は、−Ｘ側（共振器Ｒ側）に向けて進行する。

クラッド１３ｂに進入したＳＲＳ光は、クラッド１３ｂと低屈折率層１３ｃとの界面で反射を繰り返しながら、クラッド１３ｂ内を進行する。つまり、ＳＲＳ光は、低屈折率層１３ｃによって、クラッド１３ｂ内に閉じ込められる。なお、クラッド１３ｂ内に閉じ込められたＳＲＳ光の一部は、低屈折率層１３ｃによって吸収される。このため、低屈折率層１３ｃが発熱するが、クラッド１３ｂの径が大きいほど、クラッド１３ｂと低屈折率層１３ｃとの界面の面積が大きくなる。従って、クラッド１３ｂの径が大きいほど、低屈折率層１３ｃにおいて吸収される光の密度は低下し、低屈折率層１３ｃでの発熱量が低減される。

（クラッドモード除去部）
ところで、ファイバレーザ装置１Ａを高出力化するほど、クラッド１３ｂ内に閉じ込められるＳＲＳ光のパワーも大きくなる。このＳＲＳ光が、例えば保護被覆などの光を吸収する部分に照射されると、当該部分が強く発熱してしまう。あるいは、高パワーのＳＲＳ光が、クラッド１３ｂ内を導波して励起光源２、８に入射すると、これらの励起光源２、８が故障する可能性がある。従って、高パワーのＳＲＳ光に起因する発熱や故障などが発生することを防ぐために、ＳＲＳ光をクラッド１３ｂから安定的に除去することが求められる。
そこで、本実施形態の光デバイス１０は、スラント型ＦＢＧ１２によってコア１３ａからクラッド１３ｂへと逃がされたＳＲＳ光を含むクラッドモード光を除去する、クラッドモード除去部Ｐ１〜Ｐ３を備えている。以下、詳細に説明する。

（クラッドモードストリッパ）
図２に示す第１のクラッドモード除去部Ｐ１は、いわゆるクラッドモードストリッパ１１である。本実施形態において、クラッドモードストリッパ１１とは、クラッド１３ｂの外周面の一部を、クラッド１３ｂよりも高い屈折率を有する高屈折率材１１ａによって覆った構成をいう。クラッドモードストリッパ１１は、光ファイバ１３の低屈折率層１３ｃおよび保護被覆１３ｄを長手方向に沿って間欠的に除去し、当該除去した部分を高屈折率材１１ａで覆うことで形成されている。高屈折率材１１ａとしては、樹脂などが用いられる。クラッドモードストリッパ１１では、ＳＲＳ光を含むクラッドモード光を、クラッド１３ｂ内から高屈折率材１１ａへと除去することができる。ＳＲＳ光が照射された高屈折率材１１ａおよびその周辺は発熱するため、高屈折率材１１ａに、フィンなどの放熱部または冷却部を接続してもよい。

図３（ａ）は、図２のクラッドモードストリッパ１１の拡大図である。図３（ａ）に示すように、クラッドモードストリッパ１１では、低屈折率層１３ｃおよび保護被覆１３ｄが、クラッド１３ｂの長手方向に沿って間欠的に除去されている。そして、当該除去された部分に高屈折率材１１ａが進入している。このように、高屈折率材１１ａは、クラッド１３ｂの外周面に、長手方向に沿って間欠的に接触している。高屈折率材１１ａのうち、クラッド１３ｂに接触している部分を接触部１１ａ２という。接触部１１ａ２は、クラッド１３ｂの長手方向に間隔を空けて複数設けられている。各接触部１１ａ２は、連結部１１ａ１によって互いに連結されている。

図２に示すように、本実施形態では、クラッドモードストリッパ１１は、スラント型ＦＢＧ１２から見た共振器Ｒ側に配置されている。これにより、スラント型ＦＢＧ１２でコア１３ａから除去され、クラッド１３ｂ内を共振器Ｒ側に向けて進行するＳＲＳ光を、効果的に除去することができる。特に、ＳＲＳ光が第１接続部Ａ１に到達する前に、ＳＲＳ光の大部分をクラッドモードストリッパ１１で除去することで、ＳＲＳ光が共振器側ファイバ１７内に入射することを抑止できる。従って、ＳＲＳ光が共振器側ファイバ１７を通じて励起光源２などに到達することを抑え、励起光源２の故障を防止することができる。なお、高屈折率材１１ａの屈折率が高ければ、クラッドモードストリッパ１１とスラント側ＦＢＧ１２との長手方向における間隔が小さくても、多くのＳＲＳ光を除去することができる。

ここで、複数の接触部１１ａ２のうち、スラント型ＦＢＧ１２に近い部分ほど、大きいパワーのクラッドモード光が照射されて、当該接触部１１ａ２の周辺が強く発熱する。一方、接触部１１ａ２とクラッド１３ｂとの接触面積が大きいほど、当該接触部１１ａ２で除去されるクラッドモード光のパワーが大きくなり、周辺の部分の発熱量が大きくなる。

そこで本実施形態では、図３（ａ）に示すように、各接触部１１ａ２の長手方向における幅Ｗ１が不均一になっている。より詳しくは、−Ｘ側に位置する接触部１１ａ２ほど、幅Ｗ１が大きくなっている。これにより、クラッドモードストリッパ１１のクラッド光の除去能力が、スラント型ＦＢＧ１２から遠ざかるに従って大きくなっている。この構成によれば、クラッドモードストリッパ１１の発熱量が、長手方向においてより均等になり、光ファイバ１３が局所的に大きく発熱することが抑えられる。その結果、光ファイバ１３の耐久性が向上し、ファイバレーザ装置１Ａをより高出力化することができる。

なお、クラッドモードストリッパ１１のうち、長手方向におけるスラント型ＦＢＧ１２側の端部（図２では＋Ｘ側の端部）における発熱量が許容範囲内である場合には、図３（ｂ）に示すように、各接触部１１ａ２の幅Ｗ１は、均一であってもよい。

上述の通り、クラッドモードストリッパ１１は、クラッド１３ｂ内を伝搬するクラッドモード光を除去するが、高屈折率材１１ａに高パワーのクラッドモード光が照射されると、高屈折率材１１ａの周辺が発熱する。このため、クラッド１３ｂの外径を大きくして、クラッド１３ｂと高屈折率材１１ａとの界面の面積を大きくすることが好ましい。これにより、当該界面に照射するクラッドモード光の密度が小さくなり、単位面積あたりの発熱量を低減することができる。

（クラッドの端面）
図２に示すように、本実施形態では、光デバイス１０におけるクラッド１３ｂの外径が、共振器側クラッド１７ｂおよび出力側クラッド１８ｂの外径よりも大きい。つまり、共振器側クラッド１７ｂおよび出力側クラッド１８ｂは、光デバイス１０のクラッド１３ｂよりも小径の小径クラッドである。このため、クラッド１３ｂの長手方向における両端部に、第１端面１３ｂ１および第２端面１３ｂ２が形成されている。第１端面１３ｂ１は、第１接続部Ａ１に位置し、−Ｘ側を向いている。第２端面１３ｂ２は、第２接続部Ａ２に位置し、＋Ｘ側を向いている。これらの端面１３ｂ１、１３ｂ２から、ＳＲＳ光を含むクラッドモード光を、クラッド１３ｂから除去することができる。つまり、クラッド１３ｂの端面１３ｂ１、１３ｂ２は、クラッドモード除去部Ｐ２、Ｐ３として機能する。
さらに本実施形態では、端面１３ｂ１、１３ｂ２が、クラッド１３ｂよりも高い屈折率を有する固定部材１５、１６により覆われていることで、これらの端面１３ｂ１、１３ｂ２から、ＳＲＳ光を含むクラッドモード光をより効果的に除去することができる。なお、固定部材１５、１６が設けられていなくても、端面１３ｂ１、１３ｂ２はクラッドモード除去部Ｐ２、Ｐ３として機能する。

第２のクラッドモード除去部Ｐ２は、クラッド１３ｂにおける−Ｘ側の端面１３ｂ１である。第３のクラッドモード除去部Ｐ３は、クラッド１３ｂにおける＋Ｘ側の端面１３ｂ２である。
端面１３ｂ１、１３ｂ２においてクラッドモード光を除去し、ＳＲＳ光を含むクラッドモード光がファイバ１７、１８へ入射するのを抑制することで、これらのファイバ１７、１８内におけるＳＲＳ光の成長を防止することができる。
なお、ＳＲＳ光を含むクラッドモード光が照射された固定部材１５，１６は発熱するため、固定部材１５、１６に、フィンなどの放熱部または冷却部を接続してもよい。

共振器側クラッド１７ｂおよび出力側クラッド１８ｂの外径は、例えば１２５μｍ〜２５０μｍ程度である。
光ファイバ１３のクラッド１３ｂの外径は、例えば２５０μｍ〜６００μｍ程度である。

図４（ａ）は、第１接続部Ａ１または第２接続部Ａ２の近傍におけるクラッドモード光Ｌｃの進行経路を示す模式図である。図４（ａ）に示すように、クラッドモード光Ｌｃは、クラッド１３ｂの外周面での反射を繰り返しながら、長手方向に進行する。このため、クラッドモード光Ｌｃの一部は、クラッド１３ｂの端面１３ｂ１、１３ｂ２から漏れる。このように、クラッド１３ｂの端面１３ｂ１、１３ｂ２から光が漏れることによるクラッドモード光Ｌｃの損失を、本明細書では「接続損失」という。接続損失は、端面１３ｂ１または端面１３ｂ２の面積に依存する。そして、端面１３ｂ１、１３ｂ２の面積は、接続部Ａ１、Ａ２で接続されるクラッド同士の外径比に依存する。

つまり、接続損失は、上記外径比に依存する。図４（ａ）に示すように、光ファイバ１３のクラッド１３ｂの直径を寸法ａとし、共振器側クラッド１７ｂまたは出力側クラッド１８ｂの直径を寸法ｂとする。ａ÷ｂの値を、クラッド外径比ａ／ｂという。図４（ｂ）の横軸はクラッド外径比ａ／ｂを示し、縦軸は接続損失（ｄＢ）を示している。図４（ｂ）に示すように、クラッド外径比ａ／ｂの値が大きくなるほど、接続損失の値も大きくなる。

例えば、光ファイバ１３のクラッド１３ｂの直径（寸法ａ）が１８０μｍであり、共振器側クラッド１７ｂまたは出力側クラッド１８ｂの直径（寸法ｂ）が１２５μｍである場合は、クラッド外径比ａ／ｂが１８０÷１２５＝１．４４となる。図４（ｂ）に示すグラフから、クラッド外径比ａ／ｂが１．４４の場合、接続損失が約３ｄＢとなる。

例えば、光ファイバ１３のクラッド１３ｂの直径（寸法ａ）が３００μｍであり、共振器側クラッド１７ｂまたは出力側クラッド１８ｂの直径（寸法ｂ）が１２５μｍである場合は、クラッド外径比ａ／ｂが３００÷１２５＝２．４となる。図（ｂ）に示すグラフから、クラッド外径比ａ／ｂが２．４の場合、接続損失が約７．５ｄＢとなる。

このように、光ファイバ１３のクラッド１３ｂの直径を大きくするほど、接続損失は大きくなり、第２接続部Ａ２におけるクラッドモード光の除去能力が高まる。さらに、前述の通り、光ファイバ１３のクラッド１３ｂの直径を大きくするほど、低屈折率材１４またはクラッドモードストリッパ１１における単位面積あたりの発熱量が抑えられる。従って、光デバイス１０を構成する光ファイバ１３のクラッド１３ｂの外径は大きいことが好ましい。例えば、クラッド外径比ａ／ｂは１．４４以上であることが好ましい。

なお、スラント型ＦＢＧ１２を形成する際、前記加工用光線をコア１３ａに精度よく照射させるために、光ファイバ１３のクラッド１３ｂの外径は例えば５００μｍ以下であることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態の光デバイス１０によれば、スラント型ＦＢＧ１２によってコア１３ａから逃がされたＳＲＳ光は、低屈折率層１３ｃによってクラッド１３ｂ内に閉じ込められる。そして、クラッド１３ｂ内を伝搬したＳＲＳ光は、クラッドモード除去部Ｐ１〜Ｐ３によって除去される。このように、クラッドモード除去部Ｐ１〜Ｐ３によってＳＲＳ光を除去することで、例えば保護被覆１３ｄなどの意図しない部分にＳＲＳ光が照射されて強く発熱したり、ＳＲＳ光が励起光源２，８に到達してこれらの励起光源２，８が損傷したりすることが抑えられる。

また、１つの光ファイバ１３に、スラント型ＦＢＧ１２およびクラッドモード除去部Ｐ１〜Ｐ３が設けられている。これにより、スラント型ＦＢＧ１２によってクラッド１３ｂへと逃がされたＳＲＳ光が、速やかにクラッドモード除去部Ｐ１〜Ｐ３によって除去される。また、光デバイス１０が、１つの光ファイバ１３によって構成されているため、異なる種類のファイバレーザ装置に、当該光デバイス１０を適用しやすい。

また、複数のクラッドモード除去部Ｐ１〜Ｐ３が設けられていることで、ＳＲＳ光を含むクラッドモード光を、より確実に除去することができる。
また、クラッド１３ｂの端面１３ｂ１、１３ｂ２をクラッドモード除去部Ｐ２、Ｐ３として用いることで、端面１３ｂ１、１３ｂ２に接続される共振器側ファイバ１７または出力側ファイバ１８に、ＳＲＳ光が入射されることを抑えることができる。従って、例えば高パワーのＳＲＳ光が、励起光源２、８に入射したり、出力側ファイバ１８の先に接続される機器に入射したりすることを防止できる。

また、図２に示すように、クラッド１３ｂのうち、コア１３ａにおけるスラント型ＦＢＧ１２が形成された領域を覆う部分の外周面が、低屈折率材１４によって覆われている。低屈折率層１３ｃよりも低い屈折率を有する材質で低屈折率材１４を形成した場合には、スラント型ＦＢＧ１２で反射された直後の強いパワーを有するＳＲＳ光を、低屈折率材１４によってより確実にクラッド１３ｂ内に閉じ込めることができる。これにより、スラント型ＦＢＧ１２の近傍が強く発熱するのを抑えることができる。
また、クラッドモード除去部Ｐ１〜Ｐ３は、低屈折率材１４と長手方向において異なる位置に配置されており、この配置は任意に設定することができる。従って、クラッドモード光を、任意の位置でクラッドモード除去部Ｐ１〜Ｐ３によって除去することができる。

なお、光デバイス１０に含まれるクラッドモード除去部Ｐ１〜Ｐ３は、ファイバレーザ装置１Ａのうち、励起光源２、８が出射した残留励起光が実質的に到達しない領域に配置される。本実施形態における「残留励起光が実質的に到達しない領域」とは、例えばファイバレーザ装置１Ａのうち、第２コンバイナ７よりも出力端９側に位置する部分である。当該領域では、コアに励起光が充分に吸収されているため、当該領域にクラッドモード除去部Ｐ１〜Ｐ３を配置することで、励起光が不意に除去されてしまうことが抑えられる。

なお、先述の通り、スラント型ＦＢＧ１２も、共振器Ｒの外部に配置されることが好ましい。従って、スラント型ＦＢＧ１２およびクラッドモード除去部Ｐ１〜Ｐ３を有する光デバイス１０は、共振器Ｒの外部に配置されることが好ましい。

ファイバレーザ装置１Ａおよび光デバイス１０の構成は図１の例に限られず、適宜変更してもよい。例えば、クラッドモードストリッパ１１を、スラント型ＦＢＧ１２よりも＋Ｘ側（出力端９側）に配置してもよい。この場合には、出力端９からの反射光に含まれるＳＲＳ光を、有効に除去することができる。
あるいは、図５に示すように、スラント型ＦＢＧ１２の長手方向における両側にクラッドモードストリッパ１１を配置してもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
本実施形態のファイバレーザ装置１Ｂは、後方励起光源を有していない片側励起型である。つまり、ファイバレーザ装置１Ｂは前方励起型のファイバレーザ装置である。

図６に示すように、ファイバレーザ装置１Ｂは、励起光源２と、第１コンバイナ３と、ＨＲ−ＦＢＧ４と、増幅用ファイバ５と、ＯＣ−ＦＢＧ６と、光デバイス１０と、出力端９と、を備えている。ＨＲ−ＦＢＧ４、増幅用ファイバ５、およびＯＣ−ＦＢＧ６は、共振器Ｒを構成している。光デバイス１０は、ＯＣ−ＦＢＧ６と出力端９との間に配置されている。光デバイス１０は、スラント型ＦＢＧ１２と、その長手方向における両側に配置されたクラッドモードストリッパ（第１のクラッドモード除去部）１１と、を備えている。図示は省略するが、第１接続部Ａ１および第２接続部Ａ２にはそれぞれ、第２、第３のクラッドモード除去部としての光ファイバの端面が含まれている。

本実施形態でも、励起光が意図せず除去されてしまうことを防ぐため、残留励起光が実質的に到達しない領域にクラッドモード除去部が配置されている。ここで、本実施形態における「残留励起光が実質的に到達しない領域」とは、ファイバレーザ装置１Ｂのうち、例えばＯＣ−ＦＢＧ６よりも出力端９側に位置する部分である。当該領域では、励起光が充分にコアに吸収されているため、クラッドモード除去部を設ける位置として好適である。

詳細な説明は省略するが、本実施形態のファイバレーザ装置１Ｂでも、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、ファイバレーザ装置１Ｂの構成は図７の例に限られず、適宜変更してもよい。例えば図７に示すように、光デバイス１０を増幅用ファイバ５とＯＣ−ＦＢＧ６との間、すなわち共振器Ｒ内に配置してもよい。この場合でも、増幅用ファイバ５内で励起光が充分にコアに吸収され、残留励起光が実質的に到達しない領域に光デバイス１０を配置することで、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の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。

例えば、前記実施形態のファイバレーザ装置１Ａ、１Ｂは１つの出力端９を有していたが、出力端９の先にさらに光ファイバなどを接続してもよい。また、出力端９の先にビームコンバイナを接続し、複数のファイバレーザ装置からのレーザ光を束ねるように構成されていてもよい。

また、前記実施形態では、図２に示すように一つの光ファイバ１３にクラッドモード除去部Ｐ１〜Ｐ３およびスラント型ＦＢＧ１２が設けられていたが、この光ファイバ１３を分割した形態を採用してもよい。つまり、光デバイス１０は、クラッドモード除去部Ｐ１〜Ｐ３の少なくとも１つを有する第１光ファイバと、スラント型ＦＢＧ１２を有する第２光ファイバと、を融着接続した構造を有してもよい。
また、本明細書における光デバイス１０を、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）方式のファイバレーザ装置に採用してもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

１Ａ〜１Ｃ…ファイバレーザ装置 ２…前方励起光源（励起光源） ５…増幅用ファイバ ８…後方励起光源（励起光源） １０…光デバイス １１…クラッドモードストリッパ １１ａ…高屈折率材 １１ａ１…連結部 １１ａ２…接触部 １２…スラント型ＦＢＧ １３…光ファイバ １３ａ…コア １３ｂ…クラッド １３ｃ…低屈折率層 １３ｄ…保護被覆 １３ｂ１…第１端面（端面） １３ｂ２…第２端面（端面） １３ｄ…保護被覆 １４…低屈折率材 Ｐ１〜Ｐ３…クラッドモード除去部 Ｒ…共振器

Claims (12)

1. コアと、
   前記コアを覆い、前記コアよりも低い屈折率を有するクラッドと、
   前記クラッドを覆い、前記クラッドよりも低い屈折率を有する低屈折率層と、
   前記コアに形成されたスラント型ＦＢＧと、
   前記スラント型ＦＢＧによって前記コアから前記クラッドへ結合したＳＲＳ光を含むクラッドモード光を前記クラッド内から除去する、少なくとも１つのクラッドモード除去部と、を備え、
   前記コア、前記クラッド、および前記低屈折率層は光ファイバを構成し、前記クラッドモード除去部は前記光ファイバに設けられており、
   前記クラッドのうち、前記コアにおける前記スラント型ＦＢＧが形成された領域を覆う部分の外周面が、前記低屈折率層よりも低い屈折率を有する低屈折率材によって覆われ、
   前記クラッドの長手方向において、前記クラッドモード除去部と前記低屈折率材とが異なる位置に配置されており、
   前記クラッドモード除去部と前記低屈折率材との間には、前記長手方向に沿って前記低屈折率層が設けられている、光デバイス。
2. 前記クラッドモード除去部は、前記クラッドの外周面に接触し、かつ該クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率材によって構成されたクラッドモードストリッパである、請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記クラッドモードストリッパは、前記クラッドの長手方向に沿って前記スラント型ＦＢＧから遠ざかるに従って、前記クラッドモード光の除去能力が高まるように構成されている、請求項２に記載の光デバイス。
4. 前記高屈折率材は、
   前記長手方向に間隔を空けて配置され、かつ前記クラッドの外周面に接触する複数の接触部と、
   前記複数の接触部を互いに連結する連結部と、を有し、
   前記長手方向における前記複数の接触部のそれぞれの幅は、前記スラント型ＦＢＧから遠ざかるに従って大きくなっている、請求項３に記載の光デバイス。
5. 前記クラッドモード除去部は前記クラッドの長手方向における端面である、請求項１に記載の光デバイス。
6. 前記クラッドの長手方向における両方の端面がそれぞれ前記クラッドモード除去部である、請求項５に記載の光デバイス。
7. 第１の光ファイバおよび前記第１の光ファイバの第１の端部に接続された第２の光ファイバを備え、
   前記第１の光ファイバは、スラント型ＦＢＧが形成された第１のコアと、前記第１のコアを覆い、前記第１のコアよりも低い屈折率を有する第１のクラッドと、前記第１のクラッドを覆い、前記第１のクラッドよりも低い屈折率を有する第１の低屈折率層と、を有し、
   前記第２の光ファイバは、第２のコアと、前記第２のコアを覆い、前記第２のコアよりも低い屈折率を有する第２のクラッドと、前記第２のクラッドを覆い、前記第２のクラッドよりも低い屈折率を有する第２の低屈折率層と、を有し、
   前記第１のクラッドの外径は、前記第２のクラッドの外径よりも大きく、
   前記第１の端部における前記第１のクラッドの端面が、前記スラント型ＦＢＧによって前記第１のコアから前記第１のクラッドへ結合したＳＲＳ光を含むクラッドモード光を前記第１のクラッド内から除去するクラッドモード除去部である、光デバイス。
8. 前記第１の光ファイバの第２の端部に接続された第３の光ファイバをさらに備え、
   前記第３の光ファイバは、第３のコアと、前記第３のコアを覆い、前記第３のコアよりも低い屈折率を有する第３のクラッドと、前記第３のクラッドを覆い、前記第３のクラッドよりも低い屈折率を有する第３の低屈折率層と、を有し、
   前記第１のクラッドの外径は、前記第３のクラッドの外径よりも大きく、
   前記第２の端部における前記第１のクラッドの端面が、前記クラッドモード光を前記第１のクラッド内から除去するクラッドモード除去部である、請求項７に記載の光デバイス。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の光デバイスと、
   励起光源と、
   共振器と、を備える、ファイバレーザ装置。
10. 前記クラッドモード除去部が、前記励起光源が出射した残留励起光が実質的に到達しない領域に配置されている、請求項９に記載のファイバレーザ装置。
11. 前記ファイバレーザ装置は、前方励起光源および後方励起光源を備える双方向励起型であって、前記共振器と前記前方励起光源との間に設けられた第１コンバイナと、前記共振器と前記後方励起光源との間に設けられた第２コンバイナと、を有し、
    前記領域は、前記第２コンバイナよりも出力端側に位置する部分である、請求項１０に記載のファイバレーザ装置。
12. 前記ファイバレーザ装置は前方励起型であり、
    前記共振器は、
    励起状態で光を放出する活性元素がコアに添加された増幅用ファイバと、
    前記活性元素が放出する光の少なくとも一部を反射する第１ＦＢＧと、
    前記第１ＦＢＧが反射する光を前記第１ＦＢＧよりも低い反射率で反射する第２ＦＢＧと、を有し、
    前記領域は、前記第２ＦＢＧよりも出力端側に位置する部分である、請求項１０に記載のファイバレーザ装置。

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