JP6653407B1 - 余剰光除去ファイバ、余剰光除去ファイバの製造方法、及びファイバレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】余剰光を除去する際に発生する熱が局所的に集中することを抑制できる余剰光除去ファイバを提供する。【解決手段】余剰光除去ファイバ３０は、コア３１と、コア３１よりも外側に位置するクラッド層３２と、クラッド層３２の一部を被覆する樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃとを備える。クラッド層３２は、屈折率を低下させる性質を有するドーパント（例えばフッ素）を含み、コア３１の屈折率よりも低い屈折率を有している。クラッド層３２は、光軸方向に沿って屈折率が上昇した屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを含んでいる。樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ、クラッド層３２の屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃの屈折率以上の屈折率を有し、屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを被覆している。【選択図】図２

Description

本発明は、余剰光除去ファイバ、余剰光除去ファイバの製造方法、及びファイバレーザ装置に係り、特にファイバレーザ装置において余剰光を除去するために用いられる余剰光除去ファイバに関するものである。

ファイバレーザ装置は、従来のレーザ装置と比較すると集光性が高く、取り回しのよい光ファイバを利用できることから、マーキングや材料加工など様々な分野で急速に普及してきている。このようなファイバレーザ装置においては、例えば、コアの周囲に内側クラッドと外側クラッドとを形成したダブルクラッドファイバが用いられることがある。この種のダブルクラッドファイバでは、コアの周囲を覆う内側クラッドに励起光が入射され、この内側クラッドを導波路として励起光が伝搬する。光増幅部では、内側クラッドを伝搬する励起光がコアを通過する際に、コアに添加された希土類元素イオンが励起光によって励起され、信号光が増幅される。

ここで、内側クラッドを伝搬する励起光のうち光増幅部のコアで吸収されなかった励起光は、残留励起光となって内側クラッドやコアを伝搬する。また、ファイバレーザ装置から加工対象物に照射したレーザ光が反射してファイバレーザ装置に戻り（以下、このような光を「戻り光」ということがある）、このような戻り光が内側クラッドやコアを伝搬することもある。このような残留励起光や戻り光（以下、これらを総称して「余剰光」ということがある）が励起光源に至ると、励起光源の発熱や故障の原因となることが考えられる。このため、余剰光を熱に変換して除去する余剰光除去部を光ファイバの端部に設けることも考えられている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、従来の余剰光除去部は、光ファイバの端部で余剰光を熱に変換するものであるため、発生する熱が光ファイバの端部に集中し、余剰光除去部が高温となることが考えられる。特に、近年のファイバレーザ装置の高出力化に伴い、余剰光のパワーも大きくなってきているため、余剰光除去部のさらなる高温化がファイバレーザ装置の設計上の制限にもなり得る。

国際公開第２０１６／００２９４７号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、余剰光を除去する際に発生する熱が局所的に集中することを抑制できる余剰光除去ファイバ及びファイバレーザ装置を提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、余剰光を除去する際に発生する熱が局所的に集中することを抑制できる余剰光除去ファイバを簡単に製造することができる方法を提供することを第２の目的とする。

本発明の第１の態様によれば、余剰光を除去する際に発生する熱が局所的に集中することを抑制できる余剰光除去ファイバが提供される。この余剰光除去ファイバは、コアと、上記コアよりも外側に位置するクラッド層と、上記クラッド層の一部を被覆する樹脂とを備える。上記クラッド層は、屈折率を低下させる性質を有するドーパントを含み、該クラッド層の内側に隣接する層の屈折率よりも低い屈折率を有している。上記クラッド層は、屈折率が上昇した少なくとも１つの屈折率上昇部を光軸方向に沿って含んでいる。上記樹脂は、上記少なくとも１つの屈折率上昇部の屈折率以上の屈折率を有し、上記少なくとも１つの屈折率上昇部を被覆している。本明細書において「光軸方向」とは、余剰光除去ファイバ内を伝搬する光の進行方向を意味する。

このような余剰光除去ファイバによれば、クラッド層の屈折率上昇部においてクラッド層に隣接する層との屈折率差が小さくなるため、この屈折率上昇部において余剰光の一部がクラッド層に隣接する層からクラッド層に漏れ出ていきやすい構造となる。したがって、クラッド層に隣接する層を伝搬してきた余剰光が１箇所で一気にクラッド層に漏れ出ることを抑制でき、余剰光を除去する際に発生する熱が局所的に集中することを抑制することができる。

上記少なくとも１つの屈折率上昇部は、上記クラッド層の周方向における一部の領域に偏って配置されていてもよい。このように屈折率上昇部がクラッド層の周方向において一部の領域に偏って配置されている場合には、クラッド層に隣接する層を伝搬してきた余剰光が、クラッド層の周方向において屈折率上昇部が存在する側で優先的にクラッド層に漏れ出すことになる。

この場合において、上記クラッド層の周方向における一部の領域を被覆する上記樹脂が冷却板に接触していることが好ましい。このように屈折率上昇部が存在する側のクラッド層を被覆する樹脂を冷却板に接触させることで、屈折率上昇部から樹脂に漏れ出した余剰光により生じる熱を冷却板により効率的に外部に放出することができる。これにより、冷却板が配置されていない側の樹脂が意図せず高温となる可能性を低減することができる。

また、上記クラッド層の周方向における一部の領域のうちの少なくとも一部と上記冷却板とが互いに対向することが好ましい。このように、クラッド層の周方向における一部の領域のうちの少なくとも一部と冷却板とが互いに対向することで、屈折率上昇部から樹脂に漏れ出した余剰光により生じる熱を冷却板により一層効率的に外部に放出することができる。これにより、冷却板が配置されていない側の樹脂が意図せず高温となる可能性をより一層低減することができる。

上記ドーパントとしてはフッ素又はホウ素を用いることができる。また上記クラッド層の厚さは１０μｍ以下であることが好ましい。

上記少なくとも１つの屈折率上昇部は、上記光軸方向に沿って配置された複数の屈折率上昇部を含むことが好ましい。このようにクラッド層が複数の屈折率上昇部を有することにより、除去する余剰光のパワーを複数の屈折率上昇部に分散することができ、余剰光により発生する熱が局所的に集中することを抑制することができる。

この場合において、上記複数の屈折率上昇部は、上記複数の屈折率上昇部と上記クラッド層の内側に隣接する層との屈折率差が上記光軸方向に沿って上記複数の屈折率上昇部ごとに減少するように配置されることが好ましい。このように、屈折率上昇部とクラッド層の内側に隣接する層との屈折率差が光軸方向に沿って、すなわち余剰光の伝搬方向に沿って複数の屈折率上昇部ごとに小さくなるように複数の屈折率上昇部を配置することにより、余剰光が光軸方向に伝搬するに従って相対的にコアからクラッド層に漏れにくくなるので、余剰光が１つの屈折率上昇部で一気にクラッド層に漏れ出ることが抑制され、余剰光が伝搬するにつれて徐々にそれぞれの屈折率上昇部でクラッド層に漏れ出て除去されることとなる。これにより、それぞれの屈折率上昇部において除去される余剰光の量を制御することができ、余剰光により発生する熱が局所的に集中することを抑制することができる。

本発明の第２の態様によれば、余剰光を除去する際に発生する熱が局所的に集中することを抑制できるファイバレーザ装置が提供される。このファイバレーザ装置は、希土類元素イオンが添加されたコアと、上記希土類元素イオンを励起する励起光を伝搬するクラッド層とを含む増幅用光ファイバと、上記希土類元素イオンを励起する励起光を生成する少なくとも１つの励起光源と、上述した余剰光除去ファイバとを備える。上記余剰光除去ファイバは、上記増幅用光ファイバの上流側に接続される。

本発明の第３の態様によれば、余剰光を除去する際に発生する熱が局所的に集中することを抑制できる余剰光除去ファイバを簡単に製造することができる方法が提供される。この製造方法によれば、まず、コアと、上記コアよりも外側に位置するクラッド層であって、屈折率を低下させる性質を有するドーパントを含み、該クラッド層の内側に隣接する層の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド層と、上記クラッド層を覆う被覆とを含む基材光ファイバを用意する。また、上記基材光ファイバの上記被覆の一部を除去して上記クラッド層を露出させ、上記露出したクラッド層を加熱して屈折率を上昇させた少なくとも１つの屈折率上昇部を形成する。上記少なくとも１つの屈折率上昇部の屈折率以上の屈折率を有する樹脂で上記少なくとも１つの屈折率上昇部を被覆して余剰光除去ファイバを作製する。

上記露出したクラッド層を加熱する際に、上記クラッド層の加熱位置を上記クラッド層の中心からずらしてもよい。このようにクラッド層の加熱位置をクラッド層の中心軸からずらすことにより、少なくとも１つの屈折率上昇部がクラッド層の周方向における一部の領域に偏って形成される。

本発明によれば、クラッド層の屈折率上昇部においてクラッド層に隣接する層との屈折率差が小さくなるため、この屈折率上昇部において余剰光の一部がクラッド層に隣接する層からクラッド層に漏れ出ていきやすい構造となる。したがって、クラッド層に隣接する層を伝搬してきた余剰光が１箇所で一気にクラッド層に漏れ出ることを抑制でき、余剰光を除去する際に発生する熱が局所的に集中することを抑制することができる。

図１は、本発明の一実施形態におけるファイバレーザ装置の構成を示す模式図である。 図２は、図１に示すファイバレーザ装置における余剰光除去ファイバの構成を光軸方向に沿った屈折率とともに示す模式的断面図である。 図３Ａは、図２に示す余剰光除去ファイバを製造する工程を示す模式的断面図である。 図３Ｂは、図２に示す余剰光除去ファイバを製造する工程を示す模式的断面図である。 図３Ｃは、図２に示す余剰光除去ファイバを製造する工程を示す模式的断面図である。 図４は、図３Ｂに示す工程の前後における屈折率の変化を示すグラフである。 図５は、本発明の他の実施形態における余剰光除去ファイバの構成を光軸方向に沿った屈折率とともに示す模式的断面図である。 図６は、図５のＡ−Ａ線断面図である。 図７は、図５に示す余剰光除去ファイバを製造する工程を示す模式的断面図である。

以下、本発明に係るファイバレーザ装置の実施形態について図１から図７を参照して詳細に説明する。なお、図１から図７において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図７においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。

図１は、本発明の一実施形態におけるファイバレーザ装置１の全体構成を示す模式的ブロック図である。図１に示すように、本実施形態におけるファイバレーザ装置１は、光共振器２と、光共振器２の上流側から光共振器２に励起光を導入する複数の前方励起光源１１と、これらの前方励起光源１１からの励起光を結合して光共振器２に出力する上流側光コンバイナ２１と、光共振器２の下流側から光共振器２に励起光を導入する複数の後方励起光源１２と、これらの後方励起光源１２からの励起光を結合して光共振器２に出力する下流側光コンバイナ２２と、下流側光コンバイナ２２から延びるデリバリファイバ３と、デリバリファイバ３の下流側の端部に設けられたレーザ出射部４と、上流側光コンバイナ２１の上流側に延びる余剰光除去ファイバ３０とを備えている。なお、本明細書では、光共振器２からレーザ光Ｌが出射される方向を「下流側」といい、それとは逆の方向を「上流側」ということとする。

図１に示すように、光共振器２は、例えばイッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｒ）、ネオジム（Ｎｄ）などの希土類元素イオンが添加されたコアを有する増幅用光ファイバ１０と、増幅用光ファイバ１０の上流部に形成された高反射ファイバブラッググレーティング部（高反射ＦＢＧ部）１４と、増幅用光ファイバ１０の下流部に形成された低反射ファイバブラッググレーティング部（低反射ＦＢＧ部）１６とを含んでいる。例えば、増幅用光ファイバ１０は、コアの周囲に形成された内側クラッドと、内側クラッドの周囲に形成された外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバによって構成される。高反射ＦＢＧ部１４は、光軸方向に沿ってコアの屈折率を周期的に変化させて形成されるもので、所定の波長帯の光を１００％に近い反射率で反射するものである。低反射ＦＢＧ部１６は、高反射ＦＢＧ部１４と同様に、光軸方向に沿ってコアの屈折率を周期的に変化させて形成されるもので、高反射ＦＢＧ部１４で反射される波長帯の光の一部（例えば９０％）を通過させ、残りを反射するものである。

上流側光コンバイナ２１は、複数の前方励起光源１１から出力される励起光を結合してこの励起光を増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層に導入するように構成されている。また、下流側光コンバイナ２２は、複数の後方励起光源１２から出力される励起光を結合してこの励起光を増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層に導入するように構成されている。このような構成により、増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層の内部を励起光が伝搬する。

光共振器２において、増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層を伝搬する励起光は、それぞれコアを通過する際に希土類元素イオンに吸収され、この希土類元素イオンが励起されて自然放出光が生じる。この自然放出光が高反射ＦＢＧ部１４と低反射ＦＢＧ部１６との間で再帰的に反射され、特定の波長（例えば１０６４ｎｍ）の光が増幅されてレーザ発振が生じる。光共振器２で増幅されたレーザ光（以下、「信号光」という）Ｌは、増幅用光ファイバ１０のコア内を伝搬し、その一部が低反射ＦＢＧ部１６を透過して下流側に伝搬する。低反射ＦＢＧ部１６を透過したレーザ光Ｌは、デリバリファイバ３を通ってレーザ出射部４から例えば被加工物に向けて出射される。

上述したように、増幅用光ファイバ１０のコアで吸収されなかった励起光やレーザ出射部４から加工対象物に照射されたレーザ光Ｌが加工対象物で反射してファイバレーザ装置１に戻ってきた戻り光などの余剰光は、デリバリファイバ３や増幅用光ファイバ１０のコアを伝搬して、励起光源１１，１２に入射して励起光源１１，１２に至り、励起光源１１，１２の発熱や故障の原因となることが考えられる。このため、本実施形態においては、このような余剰光を除去するために、図１に示すように、上流側光コンバイナ２１の上流側に余剰光除去ファイバ３０が接続されている。ここで、上流側光コンバイナ２１の上流側には、余剰光除去ファイバ３０とともに励起光源１１から延びる複数の光ファイバ１３が接続されているが、下流から上流側光コンバイナ２１に至った余剰光は、上流ファイバのコア位置に接続される光ファイバに最も伝搬しやすいため、余剰光を効率的に除去するためには、余剰光除去ファイバ３０を上流側光コンバイナ２１の上流ファイバのコア位置に接続し、その周囲に光ファイバ１３を接続することが好ましい。

図２は、余剰光除去ファイバ３０の構成を光軸方向に沿った屈折率とともに示す模式的断面図である。図２に示すように、余剰光除去ファイバ３０は、例えばＳｉＯ₂からなるコア３１と、コア３１の周囲を覆うクラッド層３２と、クラッド層３２の周囲を覆う被覆３３とを含んでいる。クラッド層３２には、屈折率を低下させる性質を有するドーパント（例えばフッ素（Ｆ）やホウ素（Ｂ））が添加されており、クラッド層３２の屈折率はコア３１の屈折率よりも低くなっている。すなわち、クラッド層３２の屈折率は、クラッド層３２の内側に隣接する層としてのコア３１の屈折率よりも低くなっている。これにより、コア３１の内部には光を伝搬させる光導波路が形成される。クラッド層３２の厚さは１０μｍ以下であることが好ましい。

図２に示すように、クラッド層３２は、屈折率が上昇した複数の屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを含んでいる。これらの屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃは光軸方向に離間して配置されている。クラッド層３２の屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃが形成されている箇所では、被覆３３が除去されており、屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃが被覆３３から露出している。また、余剰光除去ファイバ３０は、被覆３３から露出した屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃをそれぞれ覆う樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃを含んでいる。これらの樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃは、クラッド層３２の最大屈折率（すなわち、屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃの屈折率のうちで最も高い屈折率）以上の屈折率を有している。なお、図２では、クラッド層３２が３つの屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを含むように図示されているが、屈折率上昇部の数はこれに限られるものではなく、クラッド層３２は１つ以上の屈折率上昇部を含んでいればよい。

図２の屈折率分布に示すように、屈折率上昇部３５Ｂにおける最大屈折率は、屈折率上昇部３５Ａにおける最大屈折率よりも大きくなっており、屈折率上昇部３５Ｂとコア３１との屈折率差Δ_Bは、屈折率上昇部３５Ａとコア３１との屈折率差Δ_Aよりも小さくなっている。また、屈折率上昇部３５Ｃにおける最大屈折率は、屈折率上昇部３５Ｂにおける屈折率より大きくなっており、屈折率上昇部３５Ｃとコア３１との屈折率差Δ_Cは、屈折率上昇部３５Ｂとコア３１との屈折率差Δ_Bよりも小さくなっている。このように、本実施形態では、屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃとコア３１との屈折率差が光軸方向に沿って（上流側に向かって）次第に減少するようになっている。

このような構成によれば、余剰光除去ファイバ３０のコア３１に入射した余剰光Ｒは、余剰光除去ファイバ３０のコア３１とクラッド層３２との間の屈折率差によってコア３１に閉じ込められて伝搬し、余剰光除去ファイバ３０のクラッド層３２に入射した余剰光Ｒは、余剰光除去ファイバ３０のクラッド層３２と被覆３３との間の屈折率差によってクラッド層３２内に閉じ込められて伝搬する。上述したように屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃの屈折率は、他の部分に比べ高くなっているため、屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃとコア３１との屈折率差は他の部分に比べて小さくなっている。したがって、余剰光除去ファイバ３０のコア３１を伝搬する余剰光Ｒは、屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃにおいてコア３１からクラッド層３２に漏れ出ていきやすく、余剰光Ｒの一部が屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃにおいてコア３１からクラッド層３２に漏れ出る。

ここで、屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを覆っている樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃの屈折率は、屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃの屈折率以上であるため、コア３１からクラッド層３２に漏れ出た余剰光Ｒは、さらに樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃに漏れ出して、その一部が樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃに吸収されて熱に変換される。このように、屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを覆う樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃによってクラッド層３２を伝搬する余剰光Ｒの一部を熱に変換することができ、不要な余剰光を除去することができる。

このように、本実施形態によれば、クラッド層３２の屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃにおいてコア３１との屈折率差が小さくなっているため、この屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃにおいて余剰光Ｒの一部がコア３１からクラッド層３２に漏れ出ていきやすい構造となっている。したがって、コア３１を伝搬してきた余剰光Ｒが１箇所で一気にクラッド層３２に漏れ出ることを抑制でき、余剰光Ｒを除去する際に発生する熱が局所的に集中することを抑制することができる。

また、本実施形態のように複数の屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを設けることにより、除去する余剰光Ｒのパワーを複数の屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃに分散することができ、余剰光により発生する熱が局所的に集中することを抑制することができる。この場合において、複数の屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃは、本実施形態のように、屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃとコア３１との屈折率差が上流に向かって次第に減少するように配置することが好ましい。このような配置にすることにより、上流側の屈折率上昇部に比べて下流側の屈折率上昇部では余剰光Ｒが相対的にコア３１からクラッド層３２に漏れにくくなる。したがって、余剰光Ｒが下流側の屈折率上昇部で一気にクラッド層３２に漏れ出ることが抑制され、余剰光Ｒが上流に向かって伝搬するにつれて徐々にそれぞれの屈折率上昇部でクラッド層３２に漏れ出て除去される。これにより、それぞれの屈折率上昇部において除去される余剰光Ｒの量を制御することができ、余剰光により発生する熱が局所的に集中することを抑制することができる。

なお、図１に示すように、余剰光除去ファイバ３０でも除去できなかった余剰光Ｒを除去するために、余剰光除去ファイバ３０の上流側に放熱部９０を設けてもよい。

次に、このような余剰光除去ファイバ３０の製造方法について図３Ａから図３Ｃを参照して説明する。まず、図３Ａに示すように、ＳｉＯ₂からなるコア１３１と、屈折率を低下させる性質を有するドーパントとして例えばフッ素が添加されたクラッド層１３２と、クラッド層１３２の周囲を覆う被覆１３３とを含む基材光ファイバ１３０を用意する。ここで、クラッド層１３２には、屈折率を低下させる性質を有するドーパントが添加されているため、クラッド層１３２の屈折率はコア１３１の屈折率よりも低い。

そして、この基材光ファイバ１３０の被覆１３３の一部１３３Ａを除去してクラッド層１３２を露出させ、図３Ｂに示すように、露出させたクラッド層１３２を例えばバーナー１４０やアーク放電のための電極棒を用いて周囲から加熱する。クラッド層１３２の加熱により、クラッド層１３２に添加されたフッ素が拡散する結果、クラッド層１３２の屈折率が上昇する。

図４は、この加熱工程の前後における基材光ファイバ１３０の屈折率の変化を示している。図４において、点線は加熱前の屈折率、実線は加熱後の屈折率を示している。この図４から、加熱工程によってクラッド層１３２の屈折率が上昇することがわかる。したがって、基材光ファイバ１３０の露出させたクラッド層１３２を加熱することにより、図３Ｃに示すように、局所的に屈折率が上昇した屈折率上昇部１３５をクラッド層１３２内に形成することができる。好ましくは、このような屈折率上昇部１３５を基材光ファイバ１３０の光軸方向に沿った複数箇所において形成する。屈折率上昇部１３５を冷却した後、屈折率上昇部１３５が形成されたクラッド層１３２の露出部を、屈折率上昇部１３５の屈折率以上の屈折率を有する樹脂（図２の樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ）で被覆することにより、図２に示すような余剰光除去ファイバ３０が得られる。なお、図２では、それぞれの屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃに対して樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃが形成されているが、複数の屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃにわたって単一の樹脂を形成してもよい。ただし、余剰光から生じる熱を複数の箇所で分散させて除去する点においては、それぞれの屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃに対して樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃを形成することが好ましい。

ここで、図２に示す屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃから樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃに漏れ出た余剰光Ｒにより生じた熱を外部に除去するために、余剰光除去ファイバ３０の中心に対して一方の側（例えば図２における下側）に冷却板を配置し、この冷却板を樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃに接触させることで冷却板を介して熱を外部に除去することが考えられる。しかしながら、図２に示す例では、屈折率上昇部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃのそれぞれがクラッド層３２の全周にわたって形成されているため、クラッド層３２の全周から余剰光Ｒが樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃに漏れ出して熱に変換される。このため、冷却板と接触している側の樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃの部分（例えば下側の樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃの部分）からは熱が効果的に除去されるが、冷却板と接触していない側の樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃの部分（例えば上側の樹脂３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃの部分）からは熱が十分に除去されず、意図せずに高温となるおそれがある。

このような観点から、上述した屈折率上昇部１３５をクラッド層３２の周方向における一部の領域（例えば図２におけるクラッド層３２の下側の領域）に偏って配置してもよい。図５は、クラッド層３２の周方向における一部の領域に偏って配置された屈折率上昇部を含む余剰光除去ファイバ２３０の構成を示す模式的断面図、図６は、図５のＡ−Ａ線断面図である。図５及び図６に示す余剰光除去ファイバ２３０のクラッド層３２は、屈折率が上昇した複数の屈折率上昇部２３５Ａ，２３５Ｂ，２３５Ｃを含んでいるが、これらの屈折率上昇部２３５Ａ，２３５Ｂ，２３５Ｃは、それぞれクラッド層３２の周方向における一部の領域（図５及び図６では下側の領域）に偏って配置されている。

屈折率上昇部２３５Ａ，２３５Ｂ，２３５Ｃが形成されている箇所では、クラッド層３２の全周にわたって被覆３３が除去されており、クラッド層３２が被覆３３から露出している。余剰光除去ファイバ２３０は、被覆３３から露出するクラッド層３２をそれぞれ覆う樹脂２３８Ａ，２３８Ｂ，２３８Ｃを含んでいる。これらの樹脂２３８Ａ，２３８Ｂ，２３８Ｃは、クラッド層３２の最大屈折率（すなわち、屈折率上昇部２３５Ａ，２３５Ｂ，２３５Ｃの屈折率のうちで最も高い屈折率）以上の屈折率を有している。

図５及び図６に示すように、余剰光除去ファイバ２３０に隣接して、例えば銅やアルミニウムなどからなる放熱をするための冷却板２４０が配置されており、この冷却板２４０は樹脂２３８Ａ，２３８Ｂ，２３８Ｃと接触している。本実施形態では、屈折率上昇部２３５Ａ，２３５Ｂ，２３５Ｃが形成されている側（図５及び図６における下側）の樹脂２３８Ａ，２３８Ｂ，２３８Ｃが冷却板２４０に接触している。

このように、図５に示す例では、屈折率上昇部２３５Ａ，２３５Ｂ，２３５Ｃがクラッド層３２の周方向における一部の領域に偏って配置されているため、余剰光除去ファイバ２３０のコア３１を伝搬する余剰光Ｒは、クラッド層３２の秀峰高において屈折率上昇部２３５Ａ，２３５Ｂ，２３５Ｃが存在する側（すなわち図５及び図６における下側）で優先的にコア３１からクラッド層３２に漏れ出すことになる。したがって、屈折率上昇部２３５Ａ，２３５Ｂ，２３５Ｃが形成されている側（図５及び図６における下側）の樹脂２３８Ａ，２３８Ｂ，２３８Ｃを冷却板２４０に接触させることで、屈折率上昇部２３５Ａ，２３５Ｂ，２３５Ｃから樹脂２３８Ａ，２３８Ｂ，２３８Ｃに漏れ出した余剰光Ｒにより生じる熱を冷却板２４０により効率的に外部に放出することができる。これにより、冷却板２４０が配置されていない側（図５及び図６における上側）の樹脂２３８Ａ，２３８Ｂ，２３８Ｃが意図せず高温となる可能性を低減することができる。

この場合において、屈折率上昇部２３５Ａ，２３５Ｂ，２３５Ｃが偏って配置されているクラッド層３２の周方向における一部の領域のうちの少なくとも一部が冷却板２４０と対向していることが好ましい。このように、屈折率上昇部２３５Ａ，２３５Ｂ，２３５Ｃが偏って配置されているクラッド層３２の周方向における一部の領域のうちの少なくとも一部が冷却板２４０と対向することで、屈折率上昇部から樹脂に漏れ出した余剰光により生じる熱を冷却板により一層効率的に外部に放出することができる。これにより、冷却板が配置されていない側の樹脂が意図せず高温となる可能性をより一層低減することができる。

図５に示す例においても、余剰光により発生する熱が局所的に集中することを抑制するために、屈折率上昇部２３５Ａ，２３５Ｂ，２３５Ｃとコア３１との屈折率差が光軸方向に沿って（上流側に向かって）次第に減少するように構成することが好ましい。また、図５に示す例では、クラッド層３２が３つの屈折率上昇部２３５Ａ，２３５Ｂ，２３５Ｃを含むように図示されているが、屈折率上昇部の数はこれに限られるものではなく、クラッド層３２は１つ以上の屈折率上昇部を含んでいればよい。

図５に示す余剰光除去ファイバ２３０は、例えば図３Ｂに示す基材光ファイバ１３０のクラッド層１３２を加熱する際に、図７に示すように、例えばバーナー１４０による加熱位置をクラッド層１３２の中心軸Ｃから一方にずらすことにより製造することができる。このようにクラッド層１３２の加熱位置をクラッド層１３２の中心軸Ｃからずらすことにより、クラッド層１３２に添加されたフッ素が周方向において一部の領域に偏って拡散する結果、上述した屈折率上昇部がクラッド層の周方向における一部の領域に偏って形成される。また、加熱するためにアーク放電のための電極棒を用いる場合には、電極棒による加熱位置をクラッド層１３２の中心軸Ｃから一方にずらすことで、上述した屈折率上昇部をクラッド層の周方向における一部の領域に偏って形成することができる。さらに、バーナー１４０や電極棒の位置を固定して、基材光ファイバ１３０のクラッド層１３２の位置をずらすことでも、屈折率上昇部をクラッド層の周方向における一部の領域に偏って形成することができる。

上述した実施形態では、余剰光除去ファイバ３０，２３０は単一のクラッド層３２を有しているが、余剰光除去ファイバ３０，２３０が複数のクラッド層３２を有していてもよい。その場合には、最外層のクラッド層（最外クラッド層）が上述した屈折率上昇部を有することとなる。この最外クラッド層の屈折率は、最外クラッド層の内側に隣接するクラッド層の屈折率よりも低く、樹脂３８，２３８が最外クラッド層の屈折率上昇部を被覆する。樹脂３８，２３８は、最外クラッド層の屈折率上昇部の屈折率以上の屈折率を有する。このような構成によれば、最外クラッド層の屈折率上昇部において最外クラッド層に隣接する層との屈折率差が小さくなるため、この屈折率上昇部において余剰光の一部が最外クラッド層に隣接する層から最外クラッド層に漏れ出ていきやすい構造となる。したがって、最外クラッド層に隣接する層を伝搬してきた余剰光が１箇所で一気に最外クラッド層に漏れ出ることを抑制でき、余剰光を除去する際に発生する熱が局所的に集中することを抑制することができる。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１ ファイバレーザ装置
２ 光共振器
３ デリバリファイバ
４ レーザ出射部
１０ 増幅用光ファイバ
１１ 前方励起光源
１２ 後方励起光源
１３ 光ファイバ
１４ 高反射ＦＢＧ部
１６ 低反射ＦＢＧ部
２１ 上流側光コンバイナ
２２ 下流側光コンバイナ
３０ 余剰光除去ファイバ
３１ コア
３２ クラッド層
３３ 被覆
３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ 屈折率上昇部
３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ 樹脂
９０ 放熱部
１３０ 基材光ファイバ
１３１ コア
１３２ クラッド層
１３３ 被覆
１３５ 屈折率上昇部
１４０ バーナー
２３０ 余剰光除去ファイバ
２３５Ａ，２３５Ｂ，２３５Ｃ 屈折率上昇部
２３８Ａ，２３８Ｂ，２３８Ｃ 樹脂
２４０ 冷却板
Ｒ 余剰光
Ｃ 中心軸
Ｌ レーザ光（信号光）

Claims (12)

1. コアと、
   前記コアよりも外側に位置するクラッド層であって、屈折率を低下させる性質を有するドーパントを含み、該クラッド層の内側に隣接する層の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド層と、
   前記クラッド層の一部を被覆する樹脂と
   を備え、
   前記クラッド層は、屈折率が上昇した少なくとも１つの屈折率上昇部を光軸方向に沿って含み、
   前記樹脂は、前記少なくとも１つの屈折率上昇部の屈折率以上の屈折率を有し、前記少なくとも１つの屈折率上昇部を被覆している、
   余剰光除去ファイバ。
2. 前記少なくとも１つの屈折率上昇部は、前記クラッド層の周方向における一部の領域に偏って配置される、請求項１に記載の余剰光除去ファイバ。
3. 前記クラッド層の周方向における一部の領域を被覆する前記樹脂は冷却板に接触する、請求項２に記載の余剰光除去ファイバ。
4. 前記クラッド層の周方向における一部の領域のうちの少なくとも一部と前記冷却板とが互いに対向する、請求項３に記載の余剰光除去ファイバ。
5. 前記ドーパントはフッ素である、請求項１から４のいずれか一項に記載の余剰光除去ファイバ。
6. 前記クラッド層の厚さは１０μｍ以下である、請求項１から５のいずれか一項に記載の余剰光除去ファイバ。
7. 前記少なくとも１つの屈折率上昇部は、前記光軸方向に沿って配置された複数の屈折率上昇部を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の余剰光除去ファイバ。
8. 前記複数の屈折率上昇部は、前記複数の屈折率上昇部と前記クラッド層の内側に隣接する層との屈折率差が前記光軸方向に沿って前記複数の屈折率上昇部ごとに減少するように配置される、請求項７に記載の余剰光除去ファイバ。
9. 希土類元素イオンが添加されたコアと、前記希土類元素イオンを励起する励起光を伝搬するクラッド層とを含む増幅用光ファイバと、
   前記希土類元素イオンを励起する励起光を生成する少なくとも１つの励起光源と、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の余剰光除去ファイバであって、前記増幅用光ファイバの上流側に接続される余剰光除去ファイバと
   を備える、ファイバレーザ装置。
10. コアと、前記コアよりも外側に位置するクラッド層であって、屈折率を低下させる性質を有するドーパントを含み、該クラッド層の内側に隣接する層の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド層と、前記クラッド層を覆う被覆とを含む基材光ファイバを用意し、
    前記基材光ファイバの前記被覆の一部を除去して前記クラッド層を露出させ、
    前記露出したクラッド層を加熱して屈折率を上昇させた少なくとも１つの屈折率上昇部を形成し、
    前記少なくとも１つの屈折率上昇部の屈折率以上の屈折率を有する樹脂で前記少なくとも１つの屈折率上昇部を被覆して余剰光除去ファイバを作製する、
    余剰光除去ファイバの製造方法。
11. 前記露出したクラッド層を加熱する際に、前記クラッド層の加熱位置を前記クラッド層の中心軸からずらす、請求項１０に記載の余剰光除去ファイバの製造方法。
12. 前記ドーパントはフッ素である、請求項１０又は１１に記載の余剰光除去ファイバの製造方法。

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