WO2011027836A1

WO2011027836A1 - ファイバレーザ装置

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Publication number: WO2011027836A1
Application number: PCT/JP2010/065065
Authority: WO
Inventors: 和大北林
Original assignee: 株式会社フジクラ
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2011-03-10
Also published as: EP2385593A4; CN102089942B; JP2011054913A; EP2385593A1; JP4663804B2; US20110286475A1; EP2385593B1; US8306073B2; CN102089942A

Abstract

　温度変化が生じる場合においても、安定した加工や測定を行うことができるファイバレーザ装置を提供する。　ファイバレーザ装置は、波長λの励起光を出力する励起光源２０と、希土類添加ファイバとを備え、励起光の強度の温度に対する変動率をΔＰ［ｄＢ／℃］とし、励起光の波長の温度に対する変動率をΔλｐ［ｎｍ／℃］とし、励起光の波長が変動した場合の希土類添加ファイバ５０における励起光の吸収量の変動率であって、波長λｎｍにおける単位波長当たりの、励起光の吸収量の変動率をＡ'（λ）［ｄＢ／ｎｍ］とし、希土類添加ファイバ５０の温度が変動した場合の希土類添加ファイバ５０における励起光の吸収の変動量であって、波長λｎｍにおける単位温度当たりの、励起光の吸収の変動量をΔＡ（λ）［ｄＢ／℃］とする場合に、波長λは、ΔＰと、Δλｐ×Ａ'（λ）と、ΔＡ（λ）とが互いに相殺し合う波長であることを特徴とする。

Description

ファイバレーザ装置

　本発明は、ファイバレーザ装置に関する。

　加工機、医療機器、測定器の分野等において用いられるレーザ装置の一つとして、ファイバレーザ装置が知られている。このファイバレーザ装置から出力されるレーザ光は、他のレーザ装置から出力されるレーザ光に比べて集光性に優れ、パワー密度が高く、小さなスポット径とすることができる。さらにファイバレーザ装置は、精密加工が可能であり、非接触加工であり、レーザ光を吸収する硬い物質への加工が可能であることから、特に加工機の分野において、急速に用途が拡大している。

　このファイバレーザ装置においては、一般的に、発振器ＭＯ（Master Oscillator）から比較的パワーの小さい種光としてのレーザ光が出力され、このレーザ光が光ファイバ増幅器ＰＡ（Power Amplifier）で、所望の強度まで増幅されて出力される、ＭＯ－ＰＡ方式が採用されている。この光ファイバ増幅器は、希土類添加ファイバに種光と励起光とを入力し、この励起光により希土類添加ファイバの希土類元素を励起して、希土類元素による誘導放出により種光を増幅させるものである。

　しかし、ファイバレーザ装置は、使用される環境の温度変化や、動作によるファイバレーザ装置の温度変化により、励起光の波長がシフトするため、光ファイバ増幅器における利得が変動し、出力するレーザ光の強度が変動するという問題がある。

　そこで、下記特許文献１には、使用される環境の温度変化により、励起光の波長がシフトする場合においても、このような利得の変動を小さく抑えることができるファイバレーザ装置が記載されている。下記特許文献１に記載のファイバレーザ装置は、偶数の励起光源を備えており、半数の励起光源が、希土類添加ファイバの利得のピークとなる励起波長よりも長波長側で発振し、他の半数の励起光源が、希土類添加ファイバの利得のピークとなる励起波長よりも短波長側で発振するように構成されている。このように構成することで、使用される環境の温度変化により、励起光の波長がシフトする場合においても、一方の励起光源から出力される励起光は希土類添加ファイバの利得のピークに近づく様にシフトし、他方の励起光源から出力される励起光は希土類添加ファイバの利得のピークから遠ざかるようにシフトする。こうして、それぞれの励起光の波長シフトにより希土類添加ファイバの利得変動が相殺され、安定した光の増幅をおこなうことができるようにされている（特許文献１）。

特開２０００－２２８５４９号公報

　しかし、上記特許文献１に記載のファイバレーザ装置は、使用環境の温度変化や、動作によるファイバレーザ装置の温度変化により、利得の変動を十分に抑制することができず、安定した加工や測定ができない場合があるという問題がある。

　そこで、本発明は、使用環境の温度変化が生じる場合においても、安定した加工や測定を行うことができる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、上記特許文献１に記載のファイバレーザ装置において、利得の変動を十分に抑制することができない原因について鋭意研究を行った。その結果、ファイバレーザ装置においては、使用環境の温度変化による励起光の波長シフトのみならず、この温度変化による励起光の強度の変化や、この温度変化による希土類添加ファイバおける励起光の吸収効率の変化を考慮する必要があるという結論に至った。そこで、本発明者は、さらに鋭意研究を重ねて本発明をするに至った。

　すなわち、本発明のファイバレーザ装置は、波長λの励起光を出力する励起光源と、前記励起光が入力され、前記励起光を吸収する希土類元素がコアに添加される希土類添加ファイバと、を備え、前記励起光源から出力される前記励起光の強度の温度に対する変動率をΔＰ［ｄＢ／℃］とし、前記励起光源から出力される前記励起光の波長の温度に対する変動率をΔλｐ［ｎｍ／℃］とし、前記励起光の波長が変動した場合の前記希土類添加ファイバにおける前記励起光の吸収量の変動率であって、波長λｎｍにおける単位波長当たりの、前記励起光の吸収量の変動率をＡ’（λ）［ｄＢ／ｎｍ］とし、前記希土類添加ファイバの温度が変動した場合の前記希土類添加ファイバにおける前記励起光の吸収の変動量であって、波長λｎｍにおける単位温度当たりの、前記励起光の吸収の変動量をΔＡ（λ）［ｄＢ／℃］とする場合に、前記励起光の波長λは、ΔＰと、Δλｐ×Ａ’（λ）と、ΔＡ（λ）とが互いに相殺し合う波長であることを特徴とするものである。

　このようなファイバレーザ装置は、ファイバレーザ装置の使用環境の温度変化や、ファイバレーザ装置の動作による温度変化により、励起光源から出力される励起光の強度、及び、励起光の波長が変動する場合においても、この温度変化及び励起光の波長変動による希土類添加ファイバの励起光の吸収量が変動する。そして、励起光源から出力される励起光の強度の温度に対する変動率をΔＰ［ｄＢ／℃］とし、励起光源から出力される励起光の波長の温度に対する変動率をΔλｐ［ｎｍ／℃］とし、励起光の波長が変動した場合の希土類添加ファイバにおける励起光の吸収量の変動率であって、波長λｎｍにおける単位波長当たりの、励起光の吸収量の変動率をＡ’（λ）［ｄＢ／ｎｍ］とし、希土類添加ファイバの温度が変動した場合の希土類添加ファイバにおける励起光の吸収の変動量であって、波長λｎｍにおける単位温度当たりの、励起光の吸収の変動量をΔＡ（λ）［ｄＢ／℃］とする。この場合に励起光の波長λは、ΔＰと、Δλｐ×Ａ’（λ）と、ΔＡ（λ）とが、互いに相殺し合う波長λに設定されている。従って、希土類添加ファイバにおける励起光の吸収量の変動を抑制することができる。こうしてファイバレーザ装置の使用環境の温度変化や、ファイバレーザ装置の動作による温度変化生じる場合においても、希土類添加ファイバにおける励起光の吸収量の変動が抑制されているので、ファイバレーザ装置の利得を安定させることができ、安定した加工や測定を行うことができる。

　また、本発明のファイバレーザ装置は、波長λの励起光を出力する励起光源と、前記励起光が入力され、前記励起光を吸収する希土類元素がコアに添加される希土類添加ファイバと、を備え、前記励起光源から出力される前記励起光の強度の温度に対する変動率をΔＰ［ｄＢ／℃］とし、前記励起光源から出力される前記励起光の波長の温度に対する変動率をΔλｐ［ｎｍ／℃］とし、前記励起光の波長が変動した場合の前記希土類添加ファイバにおける前記励起光の吸収量の変動率であって、波長λｎｍにおける単位波長当たりの、前記励起光の吸収量の変動率をＡ’（λ）［ｄＢ／ｎｍ］とし、前記希土類添加ファイバの温度が変動した場合の前記希土類添加ファイバにおける前記励起光の吸収の変動量であって、波長λｎｍにおける単位温度当たりの、前記励起光の吸収の変動量をΔＡ（λ）［ｄＢ／℃］とする場合に、前記励起光の波長λは、
ΔＰ＋Δλｐ×Ａ’（λ）＋ΔＡ（λ）＝０
を満たす波長であることを特徴とするものである。

　この様に構成することで、ファイバレーザ装置から出力されるレーザ光の強度をより安定させることができ、より安定した加工や測定を行うことができる。

　また、上記ファイバレーザ装置において、前記希土類元素は、イッテルビウムであり、前記コアにリンが更に添加されることが好ましい。

　本発明によれば、使用環境の温度変化が生じる場合においても、安定した加工や測定を行うことができるファイバレーザ装置が提供される。

本発明の実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。図１に示す入力用ダブルクラッドファイバ（希土類添加ファイバ、出力用ダブルクラッドファイバ）の断面の構造を示す断面図である。実施例１の希土類添加ファイバにおいて、横軸を入射光の波長とし、縦軸を入射光の吸収量として、測定結果をプロットした図である。実施例１の希土類添加ファイバにおいて、横軸を入射光の波長とし、縦軸を入射光の吸収の変動量として、測定結果をプロットした図である。実施例１の希土類添加ファイバにおいて、横軸を励起光の波長とし、縦軸を励起光の吸収の変動量として、図３と図４に示すデータを基に計算した結果をプロットした図である。実施例１、比較例１のファイバレーザ装置から出力されるレーザ光の出力の変化率の様子を示す図である。実施例２の希土類添加ファイバにおいて、横軸を入射光の波長とし、縦軸を入射光の吸収量として、測定結果をプロットした図である。実施例２の希土類添加ファイバにおいて、横軸を入射光の波長とし、縦軸を入射光の吸収の変動量として、測定結果をプロットした図である。実施例２の希土類添加ファイバにおいて、横軸を励起光の波長とし、縦軸を励起光の吸収の変動量として、図７と図８に示すデータを基に計算した結果をプロットした図である。実施例２、比較例２のファイバレーザ装置から出力されるレーザ光の出力の変化率の様子を示す図である。

　以下、本発明に係るファイバレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

　図１は、本発明の実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。

　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１００は、種光としてのレーザ光を出力する種光源１０と、励起光を出力する励起光源２０と、種光及び励起光が入力する入力用ダブルクラッドファイバ４０と、入力用ダブルクラッドファイバ４０に励起光及び種光を入力する光結合器３０と、入力用ダブルクラッドファイバ４０に接続される希土類添加ファイバ５０と、希土類添加ファイバ５０に接続される出力用ダブルクラッドファイバ６０とを主な構成として備える。

　種光源１０は、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ファイバレーザ装置から構成されている。この種光源から出力される種光は、特に制限されるものではないが、例えば、波長が１０７０ｎｍのレーザ光とされる。また、種光源１０は、コア、及び、コアを被覆するクラッドから構成されるシングルモードファイバ１１に結合されており、種光源１０から出力される種光は、シングルモードファイバ１１のコアをシングルモード光として伝播する。また、種光源１０は、環境の温度変化が生じる場合においても、一定の強度で一定の波長の種光を出力することが好ましい。

　励起光源２０は、複数のレーザダイオード２１から構成され、レーザダイオード２１は、本実施形態においては、ＧａＡｓ系半導体を材料としたファブリペロー型半導体レーザであり、波長が９１０ｎｍの励起光を出力する。また、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１は、マルチモードファイバ２２に接続されており、レーザダイオード２１から出力される励起光は、マルチモードファイバ２２をマルチモード光として伝播する。

　マルチモードファイバ２２が接続される光結合器３０は、シングルモードファイバ１１とマルチモードファイバ２２とが溶融延伸されて一体化することにより構成されており、入力用ダブルクラッドファイバ４０に接続されている。

　図２は、光結合器３０に接続される入力用ダブルクラッドファイバ４０の断面の構造を示す断面図である。図２に示すように、入力用ダブルクラッドファイバ４０は、コア４１と、コア４１を被覆するクラッド４２と、クラッド４２を被覆する樹脂クラッド４３とから構成される。クラッド４２の屈折率はコア４１の屈折率よりも低く、樹脂クラッド４３の屈折率はクラッド４２の屈折率よりも大幅に低くされる。また、コア４１を構成する材料としては、例えば、石英の屈折率を上昇させるアルミニウム等の元素が添加された石英が挙げられ、クラッド４２を構成する材料としては、例えば、ドーパントが添加されない石英が挙げられ、樹脂クラッド４３を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂が挙げられる。

　また、入力用ダブルクラッドファイバ４０に接続される希土類添加ファイバ５０の断面における構造は、図２に示す入力用ダブルクラッドファイバ４０の断面における構造と同様とされ、コア５１と、コア５１を被覆するクラッド５２と、クラッド５２を被覆する樹脂クラッド５３とから構成される。クラッド５２の屈折率はコア５１の屈折率よりも低く、樹脂クラッド５３の屈折率はクラッド５２の屈折率よりも大幅に低くされる。また、コア５１の直径、クラッド５２の外径、樹脂クラッド５３の外径は、それぞれ入力用ダブルクラッドファイバ４０のコア４１の直径、クラッド４２の外径、樹脂クラッド４３の外径と同じ大きさとされる。また、コア５１を構成する材料としては、例えば、励起光源２０から出力される励起光により励起状態とされるイッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類元素、及び、石英の屈折率を上昇させるアルミニウム等の元素が添加された石英が挙げられ、クラッド５２を構成する材料としては、例えば、ドーパントが添加されない石英が挙げられ、樹脂クラッド５３を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂が挙げられる。

　希土類添加ファイバ５０に接続される出力用ダブルクラッドファイバ６０の断面における構造は、図２に示す入力用ダブルクラッドファイバ４０の断面における構造と同様とされ、コア６１と、コア６１を被覆するクラッド６２と、クラッド６２を被覆する樹脂クラッド６３とから構成される。そして、コア６１の直径、クラッド６２の外径、樹脂クラッド６３の外径、及び、コア６１、クラッド６２、樹脂クラッド６３を構成する材料は、それぞれ入力用ダブルクラッドファイバ４０のコア４１、クラッド４２、樹脂クラッド４３と同様とされる。また、出力用ダブルクラッドファイバ６０の希土類添加ファイバ５０側と反対側の端部には、何も接続されておらず出力端とされている。

　このようなファイバレーザ装置１００において、励起光源２０から出力される励起光の出力強度は、ファイバレーザ装置の温度が変化すると、単位温度当たりに所定の強度だけ変動する。さらにこの励起光の波長は、ファイバレーザ装置の温度が変化すると、単位温度あたり所定の波長だけ変動する。これらの変動量は、励起光源２０の構造および材料によって予め決まる量である。

　また、希土類添加ファイバ５０は、入力される励起光の波長が変化すると、励起光の吸収量が変動する。さらに希土類添加ファイバ５０は、温度が変化すると入力される励起光の吸収量が変動する。これらの変動量は、希土類添加ファイバ５０の構造および材料によって予め決まる量である。ここで、吸収量とは、入射光（波長：λ）の強度に対する吸収光（波長：λ）の強度の割合に比例する量である。

　ここで、励起光源２０から出力される励起光の強度の温度に対する変動率をΔＰ［ｄＢ／℃］とし、励起光源２０から出力される励起光の波長の温度に対する変動率をΔλｐ［ｎｍ／℃］とし、励起光の波長が変動した場合の希土類添加ファイバ５０における励起光の吸収量の変動率であって、波長λｎｍにおける単位波長当たりの、励起光の吸収量の変動率をＡ’（λ）［ｄＢ／ｎｍ］とし、希土類添加ファイバ５０の温度が変動した場合の希土類添加ファイバ５０における励起光の吸収の変動量であって、波長λｎｍにおける単位温度当たりの、励起光の吸収の変動量をΔＡ（λ）［ｄＢ／℃］とする。この場合に、本実施形態に係るファイバレーザ装置１００の励起光の波長λは、ΔＰと、Δλｐ×Ａ’（λ）と、ΔＡ（λ）とが、互いに相殺し合う波長λに設定されている。好ましくは、励起光の波長λは、ΔＰ＋Δλｐ×Ａ’（λ）＋ΔＡ（λ）の絶対値が最小となる波長λに設定されている。さらに好ましくは、励起光の波長λは、
ΔＰ＋Δλｐ×Ａ’（λ）＋ΔＡ（λ）＝０
となる波長λに設定されている。この設定は、ファイバレーザ装置１００の実使用条件（温度範囲、励起光源の実使用出力状態等）において、設定され、好ましくは、使用温度範囲の中心温度において、設定される。ここで、励起光の波長λの設定とは、励起光源２０として用いる半導体レーザの実使用条件における発振波長λによる選別をも含む。ここで、励起光源２０の発振波長とは、発振強度スペクトルの中心波長である。

　このようなファイバレーザ装置１００の動作は次のようになる。

　まず、種光源１０から種光が出力されると共に、励起光源２０から励起光が出力される。このとき、種光源１０から出力される種光は、例えば、波長が１０７０ｎｍとされる。種光源１０から出力された種光は、シングルモード光としてシングルモードファイバ１１のコアを伝播して、光結合器に入力する。

　一方、励起光源２０から出力される励起光は、例えば、波長が９１０ｎｍとされる。励起光源２０から出力された励起光は、マルチモードファイバ２２をマルチモード光として伝播し光結合器３０に入力する。

　こうして光結合器３０に入力した種光は、入力用ダブルクラッドファイバ４０のコア４１をシングルモード光として伝播し、希土類添加ファイバ５０のコア５１に入力されて、シングルモード光としてコア５１を伝播する。一方、光結合器３０に入力した励起光は、入力用ダブルクラッドファイバ４０のクラッド４２の外周の内側をマルチモード光として伝播し、希土類添加ファイバ５０に入力されて、希土類添加ファイバ５０のクラッド５２の外周の内側をマルチモード光として伝播する。

　そして、励起光が希土類添加ファイバ５０のコア５１を通過するときに、コア５１に添加されている希土類元素に吸収されて、希土類元素を励起する。励起された希土類元素は、種光により誘導放出を起こし、この誘導放出により種光が増幅されて、レーザ光として希土類添加ファイバ５０から出力される。希土類添加ファイバ５０から出力されたレーザ光は、出力用ダブルクラッドファイバ６０の出力端から出力される。

　このようにファイバレーザ装置１００からレーザ光が出力される場合において、ファイバレーザ装置１００の温度が変化すると、励起光源２０の温度も変化し、この温度変化により、励起光源２０から出力される励起光の強度及び波長が変動する。また、励起光の波長が変動すると、希土類添加ファイバ５０における励起光の吸収量が変動する。さらに、ファイバレーザ装置１００の温度が変化すると、希土類添加ファイバ５０の温度も変化し、入力される励起光の波長が変動しない場合においても希土類添加ファイバ５０における励起光の吸収量が変動する。

　ここで、上述のように励起光源２０から出力される励起光の強度の温度に対する変動率をΔＰ［ｄＢ／℃］とし、励起光源２０から出力される励起光の波長の温度に対する変動率をΔλｐ［ｎｍ／℃］とし、励起光の波長が変動した場合の希土類添加ファイバ５０における励起光の吸収量の変動率であって、波長λｎｍにおける単位波長当たりの、励起光の吸収量の変動率をＡ’（λ）［ｄＢ／ｎｍ］とし、希土類添加ファイバ５０の温度が変動した場合の希土類添加ファイバ５０における励起光の吸収の変動量であって、波長λｎｍにおける単位温度当たりの、励起光の吸収の変動量をΔＡ（λ）［ｄＢ／℃］とする。この場合に、本実施形態に係るファイバレーザ装置１００の励起光の波長λは、ΔＰと、Δλｐ×Ａ’（λ）と、ΔＡ（λ）とが、互いに相殺し合う波長λに設定されている。従って、ファイバレーザ装置１００の温度変化が生じる場合においても、希土類添加ファイバ５０の励起光の吸収量の変動が抑制される。

　本実施形態におけるファイバレーザ装置１００によれば、ファイバレーザ装置１００の使用環境の温度変化や、ファイバレーザ装置１００の動作による温度変化により、励起光源２０から出力される励起光の強度、及び、励起光の波長が変動する場合において、この温度変化、及び、励起光の波長変動による希土類添加ファイバ５０の励起光の吸収量が変動する。そして、励起光源２０から出力される励起光の強度の温度に対する変動率をΔＰ［ｄＢ／℃］とし、励起光源２０から出力される励起光の波長の温度に対する変動率をΔλｐ［ｎｍ／℃］とし、励起光の波長が変動した場合の希土類添加ファイバ５０における励起光の吸収量の変動率であって、波長λｎｍにおける単位波長当たりの、励起光の吸収量の変動率をＡ’（λ）［ｄＢ／ｎｍ］とし、希土類添加ファイバ５０の温度が変動した場合の希土類添加ファイバ５０における励起光の吸収の変動量であって、波長λｎｍにおける単位温度当たりの、励起光の吸収の変動量をΔＡ（λ）［ｄＢ／℃］とする。この場合に励起光の波長λは、ΔＰと、Δλｐ×Ａ’（λ）と、ΔＡ（λ）とが、互いに相殺し合う波長λに設定されている。従って、温度変化が生じる場合においても、希土類添加ファイバ５０における励起光の吸収量の変動を抑制することができる。こうしてファイバレーザ装置１００の使用環境の温度変化や、ファイバレーザ装置１００の動作による温度変化生じる場合においても、希土類添加ファイバ５０における励起光の吸収量の変動が抑制されるので、ファイバレーザ装置１００の利得を安定させることができ、安定した加工や測定を行うことができる。

　以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

　例えば、上記実施形態において、出力用ダブルクラッドファイバ６０は、シングルモードファイバでも良い。さらに、シングルモードファイバ１１の代わりに、種光源１０からの種光を光結合器３０に伝播できるマルチモードファイバを用いても良い。

　また、上記実施形態において、入力用ダブルクラッドファイバ４０や出力用ダブルクラッドファイバ６０は省略することができる。

　なお、上記実施形態において、励起光源の励起光の強度の温度に対する変動率ΔＰ、及び、励起光源から出力される励起光の波長の温度に対する変動率Δλｐを、温度及び波長に依らず一定であるとしたが、これらの変動率が温度及び波長に依存する場合でも、実使用条件におけるこれらの値を用いて上記条件が成立する波長λを設定することにより、本発明の効果を奏することができる。

　以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。

　（実施例１）
　図１に示す実施形態と同様のファイバレーザ装置を作製した。

　ここで、種光源からは、波長が９７６ｎｍで、パルス幅が１００ｎｓで、ピークパワーが５Ｗ程度のパルス状のレーザ光が出力されるようにした。また、種光源は、図１に示す励起光源や希土類添加ファイバから離れた場所に設けて、温度変化が生じないようにし、出力の変動が生じないようにした。

　また、ファイバレーザ装置の励起光源として、ＧａＡｓ系材料を用いたファブリペロー型レーザダイオードを用い、励起光源からは波長が９１０ｎｍで、強度が３０Ｗの励起光が出力されるようにした。また、励起光源の各レーザダイオードに接続されるマルチモードファイバは、コアの直径が１０５μｍで、クラッドの外径が１２５μｍとした。

　さらに、光結合器は、種光源と接続されるシングルモードファイバ、及び、励起光源が接続されるマルチモードファイバと、入力用ダブルクラッドファイバとを光学的に結合させ、種光源から出力される種光、及び、励起光源から出力される励起光が入力用ダブルクラッドファイバに入力されるようにした。この入力用ダブルクラッドファイバとしては、コアの直径が６μｍであり、クラッドの外径が１２５μｍであり、樹脂クラッドの外径が２５０μｍであるものを使用した。

　そして、入力用ダブルクラッドファイバに希土類添加ファイバを接続した。この希土類添加ファイバのコアの直径、クラッドの外径、樹脂クラッドの外径は、それぞれ入力用光ファイバのコアの直径、クラッドの外径、樹脂クラッドの外径と同様とした。さらに、コアは、イッテルビウム（Ｙｂ）イオンが添加された石英を用い、クラッドは、ドーパントが添加されていない石英を用いた。この希土類添加ファイバは、９７６ｎｍの励起光を１ｍ当たり１２００ｄＢ吸収ものであり、また、長さは１０ｍとした。

　また、希土類添加ファイバには、出力用ダブルクラッドファイバを接続した。この出力用ダブルクラッドファイバは、入力用ダブルクラッドファイバと同様の構成とした。

　こうして作製したファイバレーザ装置の励起光源から出力される励起光の強度の温度に対する変動率ΔＰ、及び、励起光源から出力される励起光の波長の温度に対する変動率Δλｐを測定した。その結果、
ΔＰ＝－０．００８５［ｄＢ／℃］
であり、
Δλｐ＝０．３５［ｎｍ／℃］
であった。

　また、希土類添加ファイバの入射光（励起光）の吸収スペクトルを測定した。その結果を図３に示す。図３は、横軸を入射光の波長とし、縦軸を入射光の吸収量として、測定結果をプロットした図である。図３より、励起光の波長が変動すると、希土類添加ファイバが吸収する励起光の吸収量が変動することが分かる。

　さらに、波長λの励起光に対する希土類添加ファイバの単位温度あたりの励起光の吸収量の変動を測定した。その結果を図４に示す。図４は、横軸を入射光の波長とし、縦軸を入射光の吸収の変動量として、測定結果をプロットした図である。図４に示す様に、希土類添加ファイバの温度が変化すると、希土類添加ファイバが吸収する励起光の吸収量が変動し、その吸収量は、励起光の波長に依存していることがわかる。

　こうして測定した図３と図４に示すデータを基に、励起光の波長が単位温度あたり０．０３５ｎｍ変動し、希土類添加ファイバの吸収量が図４のように変動する場合における、希土類添加ファイバの励起光の吸収量を計算した。その結果を図５に示す。図５は、横軸を励起光の波長とし、縦軸を励起光の吸収の変動量として、計算結果をプロットした図である。図５に示すように、励起光の波長が約９０７ｎｍから９１２ｎｍにかけて、希土類添加ファイバが吸収する励起光の単位温度あたりの変動が０．００８５［ｄＢ／℃］であることがわかる。上述のように励起光源の単位温度あたりの出力光強度の変動量ΔＰが、－０．００８５［ｄＢ／℃］であるため、励起光源の出力光波長を９０７ｎｍから９１２ｎｍの範囲内に設定することにより、初期状態からの温度変化が生じても、少なくともその初期状態における温度近傍において希土類添加ファイバの励起光の吸収量を一定に保つことができる。この励起光の設定波長は、図３に示す希土類添加ファイバの吸収スペクトルの傾きが０となる約９１８ｎｍより短波長であり、図４に示す希土類添加ファイバの単位温度あたりの励起光の吸収量の変動の波長依存特性の傾きが０となる約９１８ｎｍより短波長である。

　作製したファイバレーザ装置は、上述のように励起光源から波長９１０ｎｍの励起光を出力しており、約９０７ｎｍから９１２ｎｍの範囲に入る波長である。そこで、励起光源から出力される励起光の強度の温度に対する変動率をΔＰ［ｄＢ／℃］とし、励起光源から出力される励起光の波長の温度に対する変動率をΔλｐ［ｎｍ／℃］とし、励起光の波長が変動した場合の希土類添加ファイバにおける励起光の吸収量の変動率であって、波長λｎｍにおける単位波長当たりの、励起光の吸収量の変動率をＡ’（λ）［ｄＢ／ｎｍ］とし、希土類添加ファイバの温度が変動した場合の希土類添加ファイバにおける励起光の吸収の変動量であって、波長λｎｍにおける単位温度当たりの、励起光の吸収の変動量をΔＡ（λ）［ｄＢ／℃］とする。この場合に、実施例１に係るファイバレーザ装置の励起光の波長λは、ΔＰと、Δλｐ×Ａ’（λ）と、ΔＡ（λ）とが相殺し合う波長λに設定されており、
ΔＰ＋Δλｐ×Ａ’（λ）＋ΔＡ（λ）＝０
を満たしていることになる。

　次に、作製したファイバレーザ装置からレーザ光を出力させ、ファイバレーザ装置の環境温度を変化させた。そして、気温２５℃における出力の強度を基準として、その変動量の比率を計測した。その結果を図６に示す。図６に示すように、実施例１のファイバレーザ装置は、環境温度が変化する場合においても出力の変動が抑制される結果になった。

　（実施例２）
　本実施例においても、図１に示す実施形態と同様のファイバレーザ装置を作製した。種光源は、実施例１と同様にした。また、励起光源は、励起光の波長が９４０ｎｍであること以外は、実施例１と同様にした。また、光結合器、入力用ダブルクラッドファイバ、出力用ダブルクラッドファイバは、実施例１と同様にした。

　また、本実施例では、希土類添加ファイバとして、コアにイッテルビウム（Ｙｂ）イオンおよびリン（Ｐ）イオンが添加された石英から構成され、９７６ｎｍの励起光を１ｍ当たり１２００ｄＢ吸収し、長さが１０ｍである希土類添加ファイバを使用した。

　本実施例の励起光源から出力される励起光の強度の温度に対する変動率ΔＰ、及び、励起光源から出力される励起光の波長の温度に対する変動率Δλｐは、実施例１と同様に、
ΔＰ＝－０．００８５［ｄＢ／℃］
であり、
Δλｐ＝０．３５［ｎｍ／℃］
であった。

　また、希土類添加ファイバの入射光（励起光）の吸収スペクトルを測定した。その結果を図７に示す。図７は、横軸を入射光の波長とし、縦軸を入射光の吸収量として、測定結果をプロットした図である。図７より、励起光の波長が変動すると、希土類添加ファイバが吸収する励起光の吸収量が変動することが分かる。

　さらに、波長λの励起光に対する希土類添加ファイバの単位温度あたりの励起光の吸収量の変動を測定した。その結果を図８に示す。図８は、横軸を入射光の波長とし、縦軸を入射光の吸収の変動量として、測定結果をプロットした図である。図８に示す様に、希土類添加ファイバの温度が変化すると、希土類添加ファイバが吸収する励起光の吸収量が変動し、その吸収量は、励起光の波長に依存していることがわかる。

　こうして測定した図７と図８に示すデータを基に、励起光の波長が単位温度あたり０．０３５ｎｍ変動し、希土類添加ファイバの吸収量が図８のように変動する場合における、希土類添加ファイバの励起光の吸収量を計算した。その結果を図９に示す。図９は、横軸を励起光の波長とし、縦軸を励起光の吸収の変動量として、計算結果をプロットした図である。図９に示すように、励起光の波長が約９２５ｎｍから９５０ｎｍにかけて、希土類添加ファイバが吸収する励起光の単位温度あたりの変動が０．００８５［ｄＢ／℃］であることがわかる。上述のように励起光源の単位温度あたりの出力光強度の変動量ΔＰが、－０．００８５［ｄＢ／℃］であるため、励起光源の出力光波長を９２５ｎｍから９５０ｎｍの範囲内に設定することにより、初期状態からの温度変化が生じても、少なくともその初期状態における温度近傍において希土類添加ファイバの励起光の吸収量を一定に保つことができる。本実施例では、希土類添加ファイバのコアにＰを添加していることにより、図９に示す励起光の波長が単位温度あたり０．０３５ｎｍ変動し、希土類添加ファイバの吸収量が変動する場合における、希土類添加ファイバの励起光の吸収量のグラフにおいて、約０．００８５［ｄＢ／℃］である波長範囲が、約９２５ｎｍから９５０ｎｍまでの約２５ｎｍと、実施例１より広くすることができた。

　作製したファイバレーザ装置は、上述のように励起光源から波長９４０ｎｍの励起光を出力しており、約９２５ｎｍから９５０ｎｍの範囲に入る波長である。そこで、励起光源から出力される励起光の強度の温度に対する変動率をΔＰ［ｄＢ／℃］とし、励起光源から出力される励起光の波長の温度に対する変動率をΔλｐ［ｎｍ／℃］とし、励起光の波長が変動した場合の希土類添加ファイバにおける励起光の吸収量の変動率であって、波長λｎｍにおける単位波長当たりの、励起光の吸収量の変動率をＡ’（λ）［ｄＢ／ｎｍ］とし、希土類添加ファイバの温度が変動した場合の希土類添加ファイバにおける励起光の吸収の変動量であって、波長λｎｍにおける単位温度当たりの、励起光の吸収の変動量をΔＡ（λ）［ｄＢ／℃］とする。この場合に、本実施例に係るファイバレーザ装置の励起光の波長λは、ΔＰと、Δλｐ×Ａ’（λ）と、ΔＡ（λ）とが相殺し合う波長λに設定されており、
ΔＰ＋Δλｐ×Ａ’（λ）＋ΔＡ（λ）＝０
を満たしていることになる。約９２５ｎｍから９５０ｎｍまでの広い波長帯域で上記等式が満たされているので、より広い温度変動に対しても、希土類添加ファイバの励起光の吸収量を一定に保つことができる。なお、この励起光の設定波長は、図７に示す希土類添加ファイバの吸収スペクトルが傾き０の最大値を示す約９１５ｎｍより長波長であり、図９に示す希土類添加ファイバの単位温度あたりの励起光の吸収量の変動の波長依存特性の傾き０の最大値０となる約９１３ｎｍより長波長である。

　こうして作製したファイバレーザ装置からレーザ光を出力させ、ファイバレーザ装置の環境温度を変化させた。そして、気温２５℃における出力の強度を基準として、その変動量の比率を計測した。その結果を図１０に示す。図１０に示すように、実施例２のファイバレーザ装置は、環境温度が変化する場合においても出力の変動が抑制されている結果になった。

　（比較例１）
　図１に示す励起光源から出力される励起光の波長を９２０ｎｍとしたこと以外は、実施例１と同様にしてファイバレーザ装置を作製した。

　この励起光源から出力される励起光の強度の温度に対する変動率ΔＰ、及び、励起光源から出力される励起光の波長の温度に対する変動率Δλｐを測定した。その結果、
ΔＰ＝－０．００８５［ｄＢ／℃］
であり、
Δλｐ＝０．３５［ｎｍ／℃］
であり、実施例１と同様であった。

　比較例１における希土類添加ファイバは、実施例１の希土類添加ファイバと同様であるため、希土類添加ファイバの入射光（励起光）の吸収スペクトルは、図３に示す様になる。また、波長λの励起光に対する希土類添加ファイバの単位温度あたりの励起光の吸収量の変動は、図４に示す様になる。またさらに励起光の波長が、単位温度あたりの０．０３５ｎｍ変動し、希土類添加ファイバの吸収量が図４のように変動する場合における、希土類添加ファイバの励起光の吸収量を計算すると、図５に示す様になる。

　このような比較例１のファイバレーザ装置においては、上述のように励起光源から波長９２０ｎｍの励起光を出力しており、約９０７ｎｍから９１２ｎｍの範囲に入らない波長である。そこで、励起光源から出力される励起光の強度の温度に対する変動率をΔＰ［ｄＢ／℃］とし、励起光源から出力される励起光の波長の温度に対する変動率をΔλｐ［ｎｍ／℃］とし、励起光の波長が変動した場合の希土類添加ファイバにおける励起光の吸収量の変動率であって、波長λｎｍにおける単位波長当たりの、励起光の吸収量の変動率をＡ’（λ）［ｄＢ／ｎｍ］とし、希土類添加ファイバの温度が変動した場合の希土類添加ファイバにおける励起光の吸収の変動量であって、波長λｎｍにおける単位温度当たりの、励起光の吸収の変動量をΔＡ（λ）［ｄＢ／℃］とする。この場合に、比較例１に係るファイバレーザ装置の励起光の波長λは、ΔＰと、Δλｐ×Ａ’（λ）と、ΔＡ（λ）とが相殺し合わない波長に設定されている。

　次に、作製した比較例１のファイバレーザ装置からレーザ光を出力させ、ファイバレーザ装置の環境温度を変化させた。そして、気温２５℃における出力の強度を基準として、その変動量の比率を計測した。その結果を図６に示す。図６に示すように、比較例１のファイバレーザ装置は、環境温度の変化により出力が大きく変動する結果になった。

　（比較例２）
　図１に示す励起光源を比較例１と同様にしたこと以外は、実施例２と同様にしてファイバレーザ装置を作製した。

　この励起光源から出力される励起光の強度の温度に対する変動率ΔＰ、及び、励起光源から出力される励起光の波長の温度に対する変動率Δλｐを測定した。その結果、
ΔＰ＝－０．００８５［ｄＢ／℃］
であり、
Δλｐ＝０．３５［ｎｍ／℃］
であり、実施例２と同様であった。

　比較例２における希土類添加ファイバは、実施例２の希土類添加ファイバと同様であるため、希土類添加ファイバの入射光（励起光）の吸収スペクトルは、図７に示す様になる。また、波長λの励起光に対する希土類添加ファイバの単位温度あたりの励起光の吸収量の変動は、図８に示す様になる。またさらに励起光の波長が、単位温度あたりの０．０３５ｎｍ変動し、希土類添加ファイバの吸収量が図８のように変動する場合における、希土類添加ファイバの励起光の吸収量を計算すると、図９に示す様になる。

　このような比較例２のファイバレーザ装置においては、上述のように励起光源から波長９２０ｎｍの励起光を出力しており、約９２５ｎｍから９５０ｎｍの範囲に入らない波長である。そこで、励起光源から出力される励起光の強度の温度に対する変動率をΔＰ［ｄＢ／℃］とし、励起光源から出力される励起光の波長の温度に対する変動率をΔλｐ［ｎｍ／℃］とし、励起光の波長が変動した場合の希土類添加ファイバにおける励起光の吸収量の変動率であって、波長λｎｍにおける単位波長当たりの、励起光の吸収量の変動率をＡ’（λ）［ｄＢ／ｎｍ］とし、希土類添加ファイバの温度が変動した場合の希土類添加ファイバにおける励起光の吸収の変動量であって、波長λｎｍにおける単位温度当たりの、励起光の吸収の変動量をΔＡ（λ）［ｄＢ／℃］とする。この場合に、比較例２に係るファイバレーザ装置の励起光の波長λは、ΔＰと、Δλｐ×Ａ’（λ）と、ΔＡ（λ）とが相殺し合わない波長に設定されている。

　次に、作製した比較例２のファイバレーザ装置からレーザ光を出力させ、ファイバレーザ装置の環境温度を変化させた。そして、気温２５℃における出力の強度を基準として、その変動量の比率を計測した。その結果を図１０に示す。図１０に示すように、比較例２のファイバレーザ装置は、環境温度の変化により出力が大きく変動する結果になった。

　以上より、本発明によるファイバレーザ装置によれば、使用環境の温度変化が生じる場合においても、利得の変動を十分に抑制することができる結果となり、このようなファイバレーザ装置を用いることにより、安定した加工や測定を行うことができると考えられる。

　１０・・・種光源
　１１・・・シングルモードファイバ
　２０・・・励起光源
　２１・・・レーザダイオード
　３０・・・光結合器
　４０・・・入力用ダブルクラッドファイバ
　４１、５１、６１・・・コア
　４２、５２、６２・・・クラッド
　４３、５３、６３・・・樹脂クラッド
　５０・・・希土類添加ファイバ
　６０・・・出力用ダブルクラッドファイバ
　１００・・・ファイバレーザ装置

Claims

　波長λの励起光を出力する励起光源と、
　前記励起光が入力され、前記励起光を吸収する希土類元素がコアに添加される希土類添加ファイバと、
を備え、
　前記励起光源から出力される前記励起光の強度の温度に対する変動率をΔＰ［ｄＢ／℃］とし、
　前記励起光源から出力される前記励起光の波長の温度に対する変動率をΔλｐ［ｎｍ／℃］とし、
　前記励起光の波長が変動した場合の前記希土類添加ファイバにおける前記励起光の吸収量の変動率であって、波長λｎｍにおける単位波長当たりの、前記励起光の吸収量の変動率をＡ’（λ）［ｄＢ／ｎｍ］とし、
　前記希土類添加ファイバの温度が変動した場合の前記希土類添加ファイバにおける前記励起光の吸収の変動量であって、波長λｎｍにおける単位温度当たりの、前記励起光の吸収の変動量をΔＡ（λ）［ｄＢ／℃］とする場合に、
　前記励起光の波長λは、ΔＰと、Δλｐ×Ａ’（λ）と、ΔＡ（λ）とが互いに相殺し合う波長であることを特徴とするファイバレーザ装置。
　波長λの励起光を出力する励起光源と、
　前記励起光が入力され、前記励起光を吸収する希土類元素がコアに添加される希土類添加ファイバと、
を備え、
　前記励起光源から出力される前記励起光の強度の温度に対する変動率をΔＰ［ｄＢ／℃］とし、
　前記励起光源から出力される前記励起光の波長の温度に対する変動率をΔλｐ［ｎｍ／℃］とし、
　前記励起光の波長が変動した場合の前記希土類添加ファイバにおける前記励起光の吸収量の変動率であって、波長λｎｍにおける単位波長当たりの、前記励起光の吸収量の変動率をＡ’（λ）［ｄＢ／ｎｍ］とし、
　前記希土類添加ファイバの温度が変動した場合の前記希土類添加ファイバにおける前記励起光の吸収の変動量であって、波長λｎｍにおける単位温度当たりの、前記励起光の吸収の変動量をΔＡ（λ）［ｄＢ／℃］とする場合に、
　前記励起光の波長λは、
ΔＰ＋Δλｐ×Ａ’（λ）＋ΔＡ（λ）＝０
を満たす波長であることを特徴とするファイバレーザ装置。
　前記希土類元素は、イッテルビウムであり、
　前記コアにリンが更に添加されることを特徴とする請求項１または２に記載のファイバレーザ装置。