WO2013001734A1 - ファイバレーザ - Google Patents

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WO2013001734A1
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fiber
refractive index
resin
double clad
light
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仁志 西村
伊藤　秀明
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fiber laser using a double clad fiber, which removes unnecessary light such as residual excitation light simultaneously taken out from the optical fiber oscillator when oscillating light is taken out.
  • the first prior art is to provide an optical fiber protector for protecting a fusion spliced portion in which double clad fibers are fusion spliced together.
  • the protective body is formed with an accommodation groove for accommodating the fusion spliced portion and a support groove for supporting the optical fiber covering portion in the vicinity of the fusion spliced portion.
  • the protective body includes a heat sink which converts light leaked from the fusion spliced portion into heat and dissipates it to the outside, covers the fusion spliced portion with the resin member and fixes the fusion spliced portion in the housing groove There is.
  • the material of the resin member is made of a material that transmits light leaked from the fusion spliced portion, and is made of a UV curable resin (see, for example, Patent Document 1).
  • the second prior art presents an optical fiber fusion splice structure capable of removing residual excitation light confined in the optical fiber at the fusion splices at the ends of the two optical fibers.
  • the fusion spliced portion is fixed in a straight line, the fusion spliced portion is recoated with a resin having a refractive index lower than the refractive index of the clad or coating of the optical fiber, and this resin is coated with a reinforcing sleeve. And hold the fusion splice (see, for example, Patent Document 2).
  • the residual excitation light is concentrated and removed.
  • the UV curable resin covering the fusion splices generally has a high refractive index. It is not sufficiently taken into consideration that the re-coated high refractive index resin is burnt out by heat due to the concentration of the residual excitation light to be removed to the portion where the high refractive index resin is re-coated.
  • the configuration disclosed in the second prior art is also the same, and it is a configuration applicable to the case of low output, as an example in which the excitation light 15 W is used in the embodiment is shown.
  • the excitation light 15 W is used in the embodiment is shown.
  • residual excitation light to be removed at the resin-recoated portion is concentrated in the vicinity of the fusion splice. Due to this, the point that the re-coated resin is burnt out due to heat is not sufficiently considered.
  • the present invention provides a fiber laser in which the re-coated high refractive index resin can remove the residual excitation light without being damaged by heat.
  • the fiber laser of the present invention comprises an input-side double clad fiber including a high reflection FBG, an oscillation double clad fiber doped with a rare earth element, and an output double clad fiber including a low reflection FBG. And consists of. Then, the input double clad fiber and the output double clad fiber are connected to both ends of the oscillation double clad fiber, and the double clad fiber for oscillation is formed by the high reflection FBG and the low reflection FBG.
  • the laser resonator is configured to be sandwiched.
  • the output-side double clad fiber comprises a core through which light propagates, a first clad surrounding the core, and a second clad surrounding the first clad to form an outer periphery.
  • the fiber laser of the present invention is equivalent to the refractive index of the second cladding in a portion from which the second cladding is removed between the low reflection FBG of the output side double clad fiber and the output end.
  • a high refractive index resin-coated portion recoated with a high refractive index resin having a refractive index higher than that is disposed.
  • the refractive index of the high refractive index resin-coated portion is gradually increased along the propagation direction of the light propagating through the first cladding.
  • FIG. 1 shows a configuration of a fiber laser according to a first embodiment of the present invention, and is a schematic configuration diagram including an oscillator to a resin coating portion.
  • FIG. 2 shows the configuration of the fiber laser according to the first embodiment of the present invention, and is a detailed structural view of the high refractive index resin-coated portion.
  • FIG. 3 is a structural view showing an example of the operation principle of the fiber laser according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a structural view showing another example of the operation principle of the fiber laser according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic structural view in which a metal component for heat dissipation is installed on the resin-coated portion of the fiber laser according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a configuration of a fiber laser according to a first embodiment of the present invention, and is a view showing one embodiment including a high refractive index resin recoating structure, and is a schematic configuration diagram including an oscillator to a resin recoating part. It is.
  • FIG. 2 shows the configuration of the fiber laser according to the first embodiment of the present invention, and is a detailed structural view of the high refractive index resin-coated portion.
  • the fiber laser according to the first embodiment includes a laser diode 1 for excitation, an excitation light coupler 2, an input double clad fiber 3, and an oscillation double clad fiber 4.
  • An output side double clad fiber 5, a low reflection FBG (Fiber Bragg Grating: 6), a second clad removal portion 7, a high refractive index resin coated portion 8, and an emission end 9 of oscillation light are provided.
  • the input-side double clad fiber 3 includes a Bragg diffraction grating formed in the core 5c of the fiber as a highly reflective FBG 3a.
  • the double clad fiber 4 for oscillation is attached with a rare earth element.
  • the output double clad fiber 5 includes a Bragg diffraction grating formed in the core 5c of the fiber as a low reflection FBG 6.
  • the high refractive index resin-coated portion 8 is configured to include a plurality of regions 8 a and 8 b and the like, and the refractive index of the regions is gradually increased in the light transmission direction along the arrow 15. That is, the region 8 b has a higher refractive index than the region 8 a.
  • the refractive index may be high in the region 8b, for example, in the light transmission direction along the arrow 15.
  • An output double clad fiber 5 including a low reflection FBG and an input double clad fiber 3 including a high reflection FBG are connected to the double clad fiber 4 for oscillation, and a resonator is formed between them. Laser oscillation occurs.
  • the oscillated laser light is emitted from the low reflection FBG 6, but the excitation double-clad fiber 5 on the output side between the low reflection FBG 6 and the emission end 9 can not be completely absorbed by the oscillation double clad fiber 4. Unwanted light such as oscillation light leaked from the core glass of the oscillation double clad fiber 4 propagates through the first clad 5a.
  • the refractive index is gradually increased from the area 8 a to the area 8 b of the high refractive index resin-coated portion 8 in order to suppress generation of large heat generation in a specific portion.
  • the high refractive index resin-coated portion 8 is divided into a plurality of regions including the regions 8 a and 8 b in the light transmission direction along the arrow 15 so that unnecessary light is not concentrated in a specific region and leaked. I have to. Therefore, the area 8 c shown in FIG. 2 may be divided into a plurality of areas, and the refractive index may be gradually increased toward the emission end 9.
  • the refractive index of the region 8 a made of the high refractive index resin having the lowest refractive index may be the same refractive index as that of the second cladding 5 b of the output double clad fiber 5. Then, in the direction of light transmission, the second cladding removed portion is sequentially covered with a material that gradually increases from the refractive index value of the second cladding 5b, and finally, the resin whose refractive index is higher than that of the first cladding 5a It is adjusted to reach the coating.
  • the output-side double clad fiber 5 is configured by connecting the first fiber in which the low reflection FBG 6 is written to the core 5c and the second fiber in which the high refractive index resin-coated portion 8 is disposed. Good.
  • the material of the high refractive index resin-coated portion 8 according to the magnitude of the light output from the output end 9 Or a second fiber of different structure can be used.
  • FIG. 3 and 4 are structural diagrams showing an example of the operation principle of the fiber laser according to the first embodiment of the present invention.
  • the light 10 of the low order mode of the unnecessary light propagating in the output side double clad fiber 5 is propagated in the first clad 5 a.
  • the low-order mode light 10 is incident on the coated surface 8d of the high refractive index resin-coated portion 8 at a shallow angle, so it is reflected by the coated surface 8d in the relatively low refractive index region 8a and propagates in the first cladding 5a. Do.
  • the light 10 in the low-order mode leaks from the output double clad fiber 5 without being reflected as shown in FIG. Do. That is, the low-order mode light 10 passes from the first cladding 5 a through the high refractive index resin-coated portion 8 and exits from the output double clad fiber 5.
  • FIG. 4 in addition to the light 10 of the low order mode of the unnecessary light shown in FIG. 3, the propagation of the light 11 of the high order mode is also illustrated. What is indicated by a broken line is the light 11 of the higher mode among the unnecessary light. What is indicated by a solid line is the light 10 of the low order mode among the unnecessary light as in FIG.
  • the light 11 of the high order mode is incident on the coated surface 8 d of the high refractive index resin-coated portion 8 at a deeper angle than the light 10 of the low order mode. Therefore, the light is leaked from the output side double clad fiber 5 without being reflected by the lower refractive index area 8a.
  • the area of the high refractive index resin-coated portion 8 which leaks from the output double clad fiber 5 differs depending on whether the mode of unnecessary light is high order or low order.
  • the higher order light of the unnecessary light leaks from the output side double clad fiber 5 at a portion closer to the region 8 a of the high refractive index resin-coated portion 8.
  • the refractive index of the region having the lowest refractive index among the regions 8a, 8b and 8c of the high refractive index resin-coated portion 8 is made the same as the refractive index of the second cladding 5b of the output double clad fiber 5. Then, assuming that the refractive index value of the second cladding 5b gradually increases in the light transmission direction, the highest of the unnecessary light propagating in the first cladding 5a of the output double clad fiber 5 is obtained. The light of the next mode leaks from the vicinity of the region 8 a of the high refractive index resin-coated portion 8 to the outside of the output side double clad fiber 5.
  • the refractive index of the region 8b of the high refractive index resin-coated portion 8 is finally adjusted to be higher than the refractive index of the first cladding 5a, it is the light of the lowest order mode among the unnecessary light. However, the light leaks from the output side double clad fiber 5 to the outside.
  • the refractive index of each of the regions 8a, 8b, and 8c of the high refractive index resin-coated portion 8 made of recoating resin may be changed continuously or may be changed stepwise.
  • the unnecessary light guided to the re-coated high refractive index resin-coated portion 8 needs to be discharged as heat.
  • the laser resonator 13 is configured.
  • the output-side double clad fiber 5 comprises a core 5c through which light propagates, a first clad 5a surrounding the core 5c, and a second clad 5b surrounding the first clad 5a to form an outer periphery.
  • the refractive index of the second cladding 5b and the portion from which a part of the second cladding 5b between the low reflection FBG 6 of the output side double cladding fiber 5 and the output end 9 is removed is A high refractive index resin-coated portion 8 recoated with a high refractive index resin having the same or higher refractive index is disposed.
  • the refractive index of the high refractive index resin-coated portion 8 is gradually increased along the propagation direction of the light propagating through the first cladding 5a.
  • a laser diode 1 and an excitation light coupler 2 may be provided, and the laser diode 1 and the excitation light coupler 2 may be connected to the input end of the input side double clad fiber 3.
  • excitation light can be efficiently supplied to the double clad fiber 4 for oscillation, and a fiber laser with high conversion efficiency of output to input can be realized.
  • the high refractive index resin-coated portion 8 is composed of a plurality of regions 8a, 8b, 8c, and the refractive indexes of the plurality of regions 8a, 8b, 8c are gradually along the propagation direction of light propagating through the first cladding 5a.
  • the configuration may be high.
  • FIG. 5 is a schematic structural view in which the metal component 12 for heat dissipation is installed on the high refractive index resin-coated portion 8 which is the resin-coated portion of the fiber laser according to the first embodiment of the present invention.
  • the contact surface 12a of the metal part 12 for heat dissipation is made wide over the entire surface 8f of the re-coated high refractive index resin-coated portion 8. It is preferred to contact in area.
  • the metal parts 12 for heat radiation to be brought into contact are those which are easily heat-absorbed with unnecessary light such as black alumite treatment and surface-processed, and forced cooling by heat sink structure, air-cooling fan, heat pipe, water cooling, etc. is performed It is desirable to have a configuration. With this configuration, the heat absorbing member such as the metal component 12 absorbs the light that has escaped to the resin, receives it as heat, and then efficiently dissipates the heat to the atmosphere or the like.
  • the double clad fibers 3, 4 and 5 used in the present invention are not limited to optical fibers having a circular cross-sectional shape, but may be double clad fibers 3, 4 and 5 having non-circular or rectangular cross sections. An effect is obtained.
  • the present invention can also be used to remove cladding mode propagation light generated by an optical amplifier regardless of the removal of cladding mode propagation light emitted from an oscillator.
  • the laser diode 1 nineteen single-emitter laser diodes with a standard output of 12 W and a central wavelength of 915 nm are used as the laser diode 1.
  • the double clad fiber 4 for oscillation a double clad fiber having a single mode core doped with Yb (ytterbium) which is a rare earth element is used.
  • the input double clad fiber 3 and the output double clad fiber 5 in which the high reflection FBG 3a and the low reflection FBG 6 are written respectively are fusion spliced on both sides of the double clad fiber 4 for oscillation, and the FBG 3a and FBG 6 are reflected respectively
  • a fiber laser oscillator was formed as a mirror.
  • the resin of the second clad 5b of these double clad fibers 3, 4 and 5 was a resin of refractive index 1.38, and the NA of the first clad 5a was about 0.46.
  • the low refractive index resin used for the resin of the second clad 5b was removed about 100 mm from the surface to expose the first clad 5a, and the high refractive index resin-coated portion 8 was recoated on the surface.
  • the re-coated high-refractive-index resin is made of silicone resin for a fiber coating or an optical component with a refractive index of 1.38 to 1.50, from low to high refractive index toward the light propagation direction. It apply
  • the fiber laser thus produced was oscillated by 230 W of excitation light, and oscillation light of 140 W or more was obtained from the output end 9 of the fiber laser as the core.
  • the unnecessary light of about 20 W was removed by the second clad removing portion 7 in which the high refractive index resin-coated portion 8 was re-coated, but the maximum temperature of this portion was within 50 degrees.
  • no deterioration of the re-coated resin was observed even after 100 hours, and no abnormality was observed in the appearance.
  • the fiber laser was oscillated by the excitation light of 230 W in the same manner as in Example 1 described above, the temperature rose intensively from a part of the unnecessary light removal part, and the temperature became 100 ° C. or more in several seconds. When this state was continuously observed, an appearance abnormality was observed in which the coating resin turned yellow after 30 minutes. Also from this comparative example, it is understood that the fiber laser according to the first embodiment does not have a concern that the temperature of the recoating resin becomes extremely high locally, and the reliability and the life of the fiber laser after fiber laser assembly are improved. .
  • the fiber laser of the present invention can be stably operated without fiber deterioration even for a long time, and is industrially useful as a processing laser device or the like.

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Abstract

本発明の光ファイバは、高反射ＦＢＧを含む入力側ダブルクラッドファイバと、発振用ダブルクラッドファイバと、低反射ＦＢＧを含む出力側ダブルクラッドファイバと、を備える。出力側ダブルクラッドファイバは、コアと、第一クラッドと、第二クラッドと、からなり、出力側ダブルクラッドファイバの低反射ＦＢＧと出射端との間の第二クラッドの一部を除去した部分に第二クラッドの屈折率と同等以上の屈折率をもつ高屈折率樹脂で再被覆した高屈折率樹脂被覆部を配置する。この高屈折率樹脂被覆部の屈折率が、第一クラッドを伝搬する光の伝搬方向に沿って徐々に高くなっている。

Description

ファイバレーザ
　本発明はダブルクラッドファイバを用いたファイバレーザにおいて、光ファイバ発振器から発振光を取り出す際に、同時に取り出される残留励起光などの不要光を除去するファイバレーザの構成に関する。
　従来、ファイバレーザのダブルクラッドファイバ内の残留励起光を除去するための技術として、下記のような技術が提案されている。
　第１の従来技術は、ダブルクラッドファイバ同士を融着接続した融着接続部を保護する光ファイバの保護体を設けるものである。係る保護体は、融着接続部を収容する収容溝と融着接続部近傍の光ファイバ被覆部を支持する支持溝とが形成されている。そして、保護体は、融着接続部から漏出した光を熱に変換し外部に放散する放熱板を備え、樹脂部材で融着接続部を覆って融着接続部を収容溝内で固定している。樹脂部材の材料は、融着接続部から漏出した光を透過する材質からなりＵＶ硬化樹脂を用いている（例えば、特許文献１を参照）。
　第２の従来技術は、２本の光ファイバの端の融着接続部において光ファイバ内に閉じ込められた残留励起光を除去することが可能な光ファイバ融着接続構造を提示するものである。その構成として、融着接続部を直線状に固定し、光ファイバのクラッドや被覆の屈折率より低い屈折率をもつ樹脂で融着接続部を再被覆し、かつこの樹脂を補強スリーブで被覆して融着接続部を保持している（例えば特許文献２を参照）。
　しかしながら、前述の従来技術には、次のような問題がある。
　第１の従来技術に開示された構成では残留励起光を集中して除去している。融着接続部を覆っているＵＶ硬化樹脂は総じて高屈折率である。かかる高屈折率樹脂が再被覆された部分に除去される残留励起光が集中することによって、再被覆された高屈折率樹脂が熱により焼損するという点については十分に考慮されていない。
　第２の従来技術に開示された構成も同様で、実施例で励起光１５Ｗが使用された例が示されているとおり、低出力の場合に適用可能な構成である。数ＫＷ以上の高出力の励起の場合に、樹脂が再被覆された部分で除去される残留励起光が融着接続部の近傍に集中する。これにより、再被覆された樹脂が熱により焼損するという点については十分に考慮されていない。
特開２００７－２７１７８６号公報 特開２００９－１１５９１８号公報
　本発明は、再被覆された高屈折率樹脂が熱により損傷を受けずに残留励起光を除去できるファイバレーザを提供する。
　上記の課題を解決するために、本発明のファイバレーザは、高反射ＦＢＧを含む入力側ダブルクラッドファイバと、希土類元素を添加した発振用ダブルクラッドファイバと、低反射ＦＢＧを含む出力側ダブルクラッドファイバと、を備えた構成からなる。そして、上記発振用ダブルクラッドファイバの両端には、上記入力側ダブルクラッドファイバと上記出力側ダブルクラッドファイバとを接続して、上記高反射ＦＢＧと上記低反射ＦＢＧとにより上記発振用ダブルクラッドファイバを挟んでレーザ共振器を構成している。そして、上記出力側ダブルクラッドファイバは、光が伝播するコアと、このコアを取り囲む第一のクラッドと上記第一のクラッドを取り囲み外周を形成する第二のクラッドからなる。そして、本発明のファイバレーザは、上記出力側ダブルクラッドファイバの上記低反射ＦＢＧと出射端との間の上記第二のクラッドの一部を除去した部分に上記第二のクラッドの屈折率と同等またはそれ以上の屈折率をもつ高屈折率樹脂で再被覆した高屈折率樹脂被覆部を配置している。そして、本発明のファイバレーザにおいて、上記高屈折率樹脂被覆部の屈折率が、上記第一クラッドを伝搬する光の伝搬方向に沿って徐々に高くなっている構成からなる。
　この構成により、非常に高い出力の励起光で発振させているにもかかわらず、高屈折率樹脂を再被覆している部分から、広範囲で徐々に残留励起光などの不要光が漏洩するため、再被覆樹脂が局所的に極度な高温になる心配がない。そのためファイバレーザ組立後のファイバレーザの信頼性が向上する。
図１は、本発明の実施の形態１にかかるファイバレーザの構成を示し、発振器から樹脂被覆部までを含む概略構成図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかるファイバレーザの構成を示し、高屈折率樹脂被覆部の詳細な構造図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかるファイバレーザの動作原理の一例を示す構造図である。 図４は、本発明の実施の形態１にかかるファイバレーザの動作原理の他の一例を示す構造図である。 図５は、本発明の実施の形態１にかかるファイバレーザの樹脂被覆部に放熱用の金属部品を設置した概略構造図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。
　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１にかかるファイバレーザの構成を示し、高屈折率樹脂再被覆構造を含む一実施形態を示す図であり、発振器から樹脂再被覆部までを含む概略構成図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかるファイバレーザの構成を示し、高屈折率樹脂被覆部の詳細な構造図である。
　図１と図２に示すように、本実施の形態１のファイバレーザは、励起用のレーザダイオード１と、励起光カプラ２と、入力側ダブルクラッドファイバ３と、発振用ダブルクラッドファイバ４と、出力側ダブルクラッドファイバ５と、低反射ＦＢＧ(Ｆｉｂｅｒ　Ｂｒａｇｇ　Ｇｒａｔｉｎｇ：ファイバブラッググレーティング)６と、第二クラッド除去部７と、高屈折率樹脂被覆部８と、発振光の出射端９と、を備えている。ここで、入力側ダブルクラッドファイバ３は、ファイバのコア５ｃ内に形成されたブラッグ回折格子を高反射ＦＢＧ３ａとして含んでいる。発振用ダブルクラッドファイバ４は、希土類元素が添付されている。出力側ダブルクラッドファイバ５は、ファイバのコア５ｃ内に形成されたブラッグ回折格子を低反射ＦＢＧ６として含んでいる。また、高屈折率樹脂被覆部８は、複数の領域８ａ、８ｂなどを含んで構成され、矢印１５に沿った光の伝送方向に向かって、徐々に領域の屈折率を高くしている。すなわち、領域８ｂは領域８ａよりも屈折率が高い。また、領域８ｂの内部でも、例えば矢印１５に沿った光の伝送方向に向かって屈折率が高い構成としてもよい。
　発振用ダブルクラッドファイバ４には、低反射ＦＢＧを含む出力側ダブルクラッドファイバ５と、高反射ＦＢＧを含む入力側ダブルクラッドファイバ３とが接続されて、これらの間に共振器が形成されて、レーザ発振が起こる。
　発振したレーザ光は低反射ＦＢＧ６から出射されるが、この低反射ＦＢＧ６から出射端９までの間の出力側ダブルクラッドファイバ５には、発振用ダブルクラッドファイバ４が吸収しきれなかった励起光や発振用ダブルクラッドファイバ４のコアガラスから漏洩した発振光などの不要な光が、第一クラッド５ａを伝搬している。
　このとき、再被覆した高屈折率樹脂被覆部８の特定の部分において集中的な光漏洩があると、この特定の部分で大きい発熱が生じて再被覆樹脂が熱により損傷する。したがって、特定の部分での大きい発熱が生じることを抑えるために本実施の形態１のファイバレーザでは、高屈折率樹脂被覆部８の領域８ａから領域８ｂまでの間にて屈折率が徐々に高くなるように構成している。すなわち、高屈折率樹脂被覆部８を矢印１５に沿った光の伝送方向に向かって、領域８ａ、８ｂを含む複数の領域に分けて、不要な光が特定の領域に集中して漏洩しないようにしている。したがって、図２に示す領域８ｃについても複数の領域に分けて、出射端９に近づくにしたがって屈折率が徐々に高くなるように構成してもよい。
　ここで最も屈折率の低い高屈折率樹脂からなる領域８ａの屈折率は、出力側ダブルクラッドファイバ５の第二クラッド５ｂと同じ屈折率で良い。そして、光の伝送方向に向かって、第二クラッド５ｂの屈折率値から徐々に高くなるものを順次第二クラッド除去部に被覆し、最終的には第一クラッド５ａの屈折率より高い樹脂が被覆されるに到るように調整されている。
　また、出力側ダブルクラッドファイバ５は、コア５ｃに低反射ＦＢＧ６を書き込まれた第一のファイバと高屈折率樹脂被覆部８が配置された第二のファイバとが接続されて構成されていてもよい。この構成により、出力側ダブルクラッドファイバ５を第一のファイバと第二のファイバとに分離することで、出射端９から出る光出力の大きさに応じて、高屈折率樹脂被覆部８の材料や構造の異なる第二のファイバを使用することができる。
　上述の構成とした本実施の形態１のファイバレーザの動作原理を図３と図４で説明する。図３、図４は、それぞれ本発明の実施の形態１にかかるファイバレーザの動作原理の一例を示す構造図である。図３の矢印で示すように出力側ダブルクラッドファイバ５内を伝搬する不要光のうち低次モードの光１０が第一クラッド５ａ内を伝搬している様子を示す。低次モードの光１０は、高屈折率樹脂被覆部８の被覆面８ｄを浅い角度で入射するため、比較的低い屈折率の領域８ａでは被覆面８ｄで反射し、第一クラッド５ａ内を伝搬する。しかし、再被覆した高屈折率樹脂被覆部８の屈折率が高くなっている領域８ｂでは、低次モードの光１０は、図３に示すように反射せずに出力側ダブルクラッドファイバ５より漏洩する。すなわち、低次モードの光１０は、第一クラッド５ａから高屈折率樹脂被覆部８を通過して、出力側ダブルクラッドファイバ５から外へ出て行く。
　図４では、図３で示した不要光のうち低次モードの光１０に加えて、高次モードの光１１の伝搬も合わせて図示する。破線で示しているものが不要光のうち高次モードの光１１である。実線で示しているものは図３と同じく不要光のうち低次モードの光１０である。
　高次モードの光１１は、低次モードの光１０に比べ高屈折率樹脂被覆部８の被覆面８ｄを深い角度で入射する。そのため、より低い屈折率の領域８ａで反射せずに出力側ダブルクラッドファイバ５より漏洩する。
　このように不要光のモードが高次であるか低次であるかによって出力側ダブルクラッドファイバ５より漏洩する、高屈折率樹脂被覆部８の領域が異なっている。当然、不要光のうち、さらに高い次数の光は、さらに高屈折率樹脂被覆部８の領域８ａに近い部分で出力側ダブルクラッドファイバ５より漏洩することになる。
　ここで高屈折率樹脂被覆部８の領域８ａ、８ｂ、８ｃのうち、最も屈折率の低い領域の屈折率を出力側ダブルクラッドファイバ５の第二クラッド５ｂと同じ屈折率とする。そして、光の伝送方向に向かって、第二クラッド５ｂの屈折率値から徐々に高くなるものとすると、出力側ダブルクラッドファイバ５の第一クラッド５ａ内を伝搬している不要光のうちもっとも高次のモードの光が高屈折率樹脂被覆部８の領域８ａの近傍から出力側ダブルクラッドファイバ５の外部へ漏洩する。
　そして、最終的に高屈折率樹脂被覆部８の領域８ｂの屈折率を第一クラッド５ａの屈折率より高くなるように調整しておけば、不要光のうち最も低次のモードの光であっても出力側ダブルクラッドファイバ５より外部へ漏洩する。
　以上のように高屈折率樹脂被覆部８の領域８ａから領域８ｂまでの間にて、不要光のモードによって光漏洩が徐々に生じることになり、結果として不要光の除去が広範囲に高屈折率樹脂被覆部８のいずれの部分でも起こり、光漏洩が一部分に集中することなく、光漏洩の集中を防ぐことができる。
　なお、再被覆樹脂からなる高屈折率樹脂被覆部８の領域８ａ、８ｂ、８ｃごとの屈折率は、連続的に変化させても良いし、段階的に変化させても良い。
　ここで、再被覆された高屈折率樹脂被覆部８に導光させた不要光は熱として排出する必要がある。
　すなわち、本実施の形態１のファイバレーザは、高反射ＦＢＧ３ａを含む入力側ダブルクラッドファイバ３と、希土類元素を添加した発振用ダブルクラッドファイバ４と、低反射ＦＢＧ６を含む出力側ダブルクラッドファイバ５と、を備えた構成からなる。そして、発振用ダブルクラッドファイバ４の両端には、入力側ダブルクラッドファイバ３と出力側ダブルクラッドファイバ５とを接続して、高反射ＦＢＧ３ａと低反射ＦＢＧ６とにより発振用ダブルクラッドファイバ４を挟んでレーザ共振器１３を構成している。そして、出力側ダブルクラッドファイバ５は、光が伝播するコア５ｃと、このコア５ｃを取り囲む第一クラッド５ａと第一クラッド５ａを取り囲み外周を形成する第二クラッド５ｂからなる。そして、本実施の形態１のファイバレーザは、出力側ダブルクラッドファイバ５の低反射ＦＢＧ６と出射端９との間の第二クラッド５ｂの一部を除去した部分に第二クラッド５ｂの屈折率と同等またはそれ以上の屈折率をもつ高屈折率樹脂で再被覆した高屈折率樹脂被覆部８を配置している。そして、本実施の形態１のファイバレーザにおいて、高屈折率樹脂被覆部８の屈折率が、第一クラッド５ａを伝搬する光の伝搬方向に沿って徐々に高くなっている構成からなる。
　この構成により、非常に高い出力の励起光で発振させているにもかかわらず、高屈折率樹脂を再被覆している部分から、広範囲で徐々に残留励起光などの不要光が漏洩するため、再被覆樹脂が局所的に極度な高温になる心配がない。そのためファイバレーザ組立後のファイバレーザの信頼性が向上する。
　また、励起用の光源として、レーザダイオード１と励起光カプラ２とを備え、レーザダイオード１と励起光カプラ２は、入力側ダブルクラッドファイバ３の入力端に接続されている構成としてもよい。
　この構成により、励起光を効率よく発振用ダブルクラッドファイバ４に供給することができ、入力に対する出力の変換効率のよいファイバレーザが実現できる。
　また、高屈折率樹脂被覆部８は、複数の領域８ａ、８ｂ、８ｃからなり、複数の領域８ａ、８ｂ、８ｃの屈折率は、第一クラッド５ａを伝搬する光の伝搬方向に沿って徐々に高くなっている構成としてもよい。
　この構成により、不要光が高屈折率樹脂被覆部８の特定の部分に集中することなく、高屈折率樹脂を再被覆している広範囲の部分から徐々に残留励起光などの不要光が漏洩するため、再被覆樹脂が局所的に極度な高温になる心配がない。そのためファイバレーザ組立後のファイバレーザの信頼性が向上する。
　図５は、本発明の実施の形態１にかかるファイバレーザの樹脂被覆部である高屈折率樹脂被覆部８に放熱用の金属部品１２を設置した概略構造図である。不要光を熱として金属部品１２全体から排出するには、図５に示すように、再被覆された高屈折率樹脂被覆部８の表面８ｆ全体に放熱用の金属部品１２の接触面１２ａを広い面積で接触させることが好ましい。接触させる放熱用の金属部品１２は、黒アルマイト処理などの不要光を吸熱しやすく表面加工されたものを用い、ヒートシンク構造、空冷ファン、ヒートパイプ、水冷などによる強制的な冷却が行われている構成を持つことが望ましい。この構成により、金属部品１２などの熱吸収部材は、樹脂に逃げた光を吸収して熱として受け止めた後に効率よく大気などに放熱する。
　なお、本発明に使用されるダブルクラッドファイバ３、４、５は、その断面形状が円形の光ファイバだけでなく、非円形あるいは矩形断面のダブルクラッドファイバ３、４、５を用いても同様の効果が得られる。
　また、本発明は、発振器から出射されたクラッドモード伝搬光の除去にかかわらず、光増幅器にて発生するクラッドモード伝搬光の除去に用いても同様の効果が得られる。
　以下に、本発明を具体的に実施した一例を詳細に記載する。
　まず、レーザダイオード１にはシングルエミッタ型で出力光の中心波長が９１５ｎｍの標準出力１２Ｗのものを１９個用いている。励起光カプラ２にはＮＡ＝０．１５の石英ファイバを１９本束ねて、ＮＡ＝０．４６の単線ファイバに出力するテーパバンドル型ファイバカプラを使用した。
　発振用ダブルクラッドファイバ４には、希土類元素であるＹｂ（イッテルビウム）添加のシングルモードコアを持つダブルクラッドファイバを用いた。発振用ダブルクラッドファイバ４の両側には、高反射ＦＢＧ３ａと低反射ＦＢＧ６がそれぞれ書き込まれた入力側ダブルクラッドファイバ３と出力側ダブルクラッドファイバ５を融着接続し、ＦＢＧ３ａとＦＢＧ６とをそれぞれの反射ミラーとしたファイバレーザ発振器を形成した。
　これらのダブルクラッドファイバ３、４、５の第二クラッド５ｂの樹脂は屈折率１．３８の樹脂で、第一クラッド５ａのＮＡは約０．４６であった。この第二クラッド５ｂの樹脂に用いられている低屈折率樹脂を表面から約１００ｍｍ程度除去し、第一クラッド５ａを露出させ、その表面に高屈折率樹脂被覆部８を再被覆した。
　再被覆した高屈折率樹脂には屈折率１．３８から１．５０のファイバ被覆用もしくは光学部品用ジェルのシリコーン樹脂を用い、屈折率の低いものから高いものを、光の伝搬方向に向かって順次塗布して硬化させ、領域８ａ、８ｂ、８ｃとした。すなわち、高屈折率樹脂が、シリコーン樹脂である構成としてもよい。この構成により、屈折率がファイバに近く加工性、塗布性および耐熱性のよい材料として用いることができる。
　このようにして作製したファイバレーザを２３０Ｗの励起光で発振させ、コアであるファイバレーザの出射端９から１４０Ｗ以上の発振光を得た。同時に高屈折率樹脂被覆部８を再被覆した第二クラッド除去部７で約２０Ｗの不要光を除去したが、この部分の最高温度は５０度以下に収まっていた。この状態のものを継続して観察したところ１００時間経過後にも再被覆樹脂の劣化が見られず、外観にも異常は確認されなかった。これにより、不要光は、高屈折率樹脂被覆部８で吸収されるものの、一部の特定の領域に集中して吸収されることなく、発熱も高屈折率樹脂被覆部８全体で一様に生じているものと考えられる。これにより、２３０Ｗという非常に高い出力の励起光で発振させているにもかかわらず、高屈折率樹脂を再被覆している部分から、広範囲で徐々に残留励起光などの不要光が漏洩するため、再被覆樹脂が局所的に極度な高温になる心配がない。その結果、ファイバレーザ組立後のファイバレーザの信頼性や寿命が向上する。
　（比較例）
　第二クラッド除去部７を再被覆した高屈折率樹脂に屈折率１．４６のファイバ被覆用樹脂のみを用いた構成で比較の実験を行った。
　上述の実施例１と同様にファイバレーザを２３０Ｗの励起光で発振させたところ、不要光除去部の一部から集中的に温度上昇し、数秒で温度が１００度以上になった。この状態のものを継続して観察したところ３０分経過後には被覆樹脂が黄変するという外観異常が確認された。この比較例からも、本実施の形態１のファイバレーザは、再被覆樹脂が局所的に極度な高温になる心配がなく、ファイバレーザ組立後のファイバレーザの信頼性や寿命が向上することがわかる。
　本発明のファイバレーザは、長時間でもファイバ劣化せず、安定に運転することができ、加工用レーザ装置等として産業上有用である。
　１　　レーザダイオード
　２　　励起光カプラ
　３　　入力側ダブルクラッドファイバ
　３ａ　　高反射ＦＢＧ
　４　　発振用ダブルクラッドファイバ
　５　　出力側ダブルクラッドファイバ
　５ａ　　第一クラッド
　５ｂ　　第二クラッド
　５ｃ　　コア
　６　　低反射ＦＢＧ
　７　　第二クラッド除去部
　８　　高屈折率樹脂被覆部
　８ａ，８ｂ，８ｃ　　領域
　８ｄ　　被覆面
　８ｆ　　表面
　９　　出射端
　１０　　低次モードの光
　１１　　高次モードの光
　１２　　金属部品
　１２ａ　　接触面
　１３　　レーザ共振器
　１５　　矢印

Claims (5)

  1. 高反射ＦＢＧを含む入力側ダブルクラッドファイバと、
    希土類元素を添加した発振用ダブルクラッドファイバと、
    低反射ＦＢＧを含む出力側ダブルクラッドファイバと、を備え、
    前記発振用ダブルクラッドファイバの両端には、前記入力側ダブルクラッドファイバと前記出力側ダブルクラッドファイバとを接続して、前記高反射ＦＢＧと前記低反射ＦＢＧとにより前記発振用ダブルクラッドファイバを挟んでレーザ共振器を構成し、
    前記出力側ダブルクラッドファイバは、光が伝播するコアと、このコアを取り囲む第一クラッドと前記第一クラッドを取り囲み外周を形成する第二クラッドからなり、
    前記出力側ダブルクラッドファイバの前記低反射ＦＢＧと出射端との間の前記第二クラッドの一部を除去した部分に前記第二クラッドの屈折率と同等またはそれ以上の屈折率をもつ高屈折率樹脂で再被覆した高屈折率樹脂被覆部を配置し、
    前記高屈折率樹脂被覆部の屈折率が、前記第一クラッドを伝搬する光の伝搬方向に沿って徐々に高くなっているファイバレーザ。
  2. 励起用の光源として、レーザダイオードと励起光カプラとを備え、前記レーザダイオードと前記励起光カプラは、前記入力側ダブルクラッドファイバの入力端に接続されている請求項１に記載のファイバレーザ。
  3. 前記出力側ダブルクラッドファイバは、前記コアに低反射ＦＢＧを書き込まれた第一のファイバと前記高屈折率樹脂被覆部が配置された第二のファイバとが接続されて構成されている請求項１に記載のファイバレーザ。
  4. 前記高屈折率樹脂が、シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ。
  5. 前記高屈折率樹脂被覆部は、複数の領域からなり、前記複数の領域の屈折率は、前記第一クラッドを伝搬する光の伝搬方向に沿って徐々に高くなっている請求項１に記載のファイバレーザ。
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