WO2018207615A1 - マルチモードファイバ、光増幅器、及びファイバレーザ - Google Patents

マルチモードファイバ、光増幅器、及びファイバレーザ Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a multimode fiber in which rare earth ions are added to a core.
  • the present invention also relates to an optical amplifier and a fiber laser provided with such a multimode fiber.
  • an optical amplifier including a multimode fiber in which a rare earth ion serving as an excitation substance is added to a core is used as an optical amplification fiber is used in the industry.
  • a fiber laser using such an optical amplifier can output a high-power laser beam. Therefore, such a fiber laser is used for processing applications represented by cutting and welding.
  • Such a fiber laser When such a fiber laser is used for a processing application, in order to increase processing accuracy, it is required to output a laser beam having a small beam waist diameter (cross-sectional diameter) and a high output. It is done. That is, such a fiber laser is required to output high-quality laser light with high beam quality.
  • the beam quality is an index indicating how small the beam waist diameter can be reduced, and a beam parameter product (BPP: Beam Parameter Products) or M 2 is used.
  • FIG. 1 of Patent Document 1 shows an optical amplification fiber (excitation optical fiber described in Patent Document 1), a plurality of excitation light incident means, and a mode filter in order to obtain high-quality and high-power laser light. Is shown.
  • An excitation substance is added to the core of the optical amplification fiber, and the excitation substance is excited by excitation light incident from the excitation light incident means.
  • the optical amplification fiber functions as a resonator that generates laser oscillation and amplifies the output of the laser light. Therefore, the fiber laser configured as described above has a function as an optical amplifier.
  • the fiber laser disclosed in Patent Document 1 employs a photonic crystal fiber having a large mode field diameter as an excitation optical fiber.
  • the photonic crystal fiber having a large mode field diameter functions as a multimode fiber (MMF).
  • MMF multimode fiber
  • this fiber laser employs a photonic crystal fiber formed at a predetermined position of the excitation optical fiber as a mode filter.
  • the mode filter can transmit only light in the fundamental mode and block light in the higher order mode. Therefore, according to this configuration, it is possible to select and output only the fundamental mode laser light out of the multimode laser light obtained by the pumping optical fiber. That is, it is possible to output laser light having high beam quality.
  • the fiber laser disclosed in Patent Document 1 has high beam quality and can output high-power laser light.
  • Patent Document 1 describes that the oscillation mode of the optical fiber can be changed to a single mode by forming a bending loss by bending the optical fiber. This means that the beam quality of the laser beam output from the fiber laser can be improved by forming the bending loss.
  • JP 2010-3896 A Japanese Published Patent Publication “JP 2010-3896 A” (published January 7, 2010)
  • the pumping optical fiber is amplified without distinguishing between the fundamental mode laser light and the higher order mode laser light
  • the mode filter is amplified.
  • the power of the pumping light that contributes to the amplification of the higher-order mode laser light among the power of the pumping light incident on the pumping optical fiber from the plurality of pumping light incident means is: It is discarded without being reduced to the output of the laser beam output from the fiber laser.
  • the fiber laser described in Patent Document 1 employs a bent optical fiber instead of a mode filter.
  • the oscillation mode of the optical fiber can be changed to the single mode, and as a result, the beam quality of the laser light can be improved.
  • the fiber laser described in Patent Document 1 has room for further increasing the amplification efficiency. The reason will be described below.
  • ⁇ Basic mode laser light is concentrated and distributed near the center of the optical fiber core. Therefore, among the rare earth ions added to the core of the optical fiber, the rare earth ions contributing to optical amplification are only rare earth ions distributed near the center of the core. In other words, rare earth ions distributed near the outer edge of the core do not contribute to optical amplification.
  • the excitation light incident on the optical fiber excites the rare earth ions distributed near the center of the core and the rare earth ions distributed near the outer edge of the core without distinction. As a result, the pump light power used to pump rare earth ions distributed near the outer edge of the core out of the pump light power incident on the optical fiber is reduced to the laser beam output from the fiber laser. It will be lost in vain without being done.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to increase the amplification efficiency of rare earth ions while maintaining the beam quality of emitted light in a multimode fiber having rare earth ions added to the core. It is.
  • a multimode fiber is a multimode fiber in which rare earth ions are added to a core and a normalized frequency is 2.40 or more, and the multimode fiber Includes a filter section configured by bending a part or all of the sections, and the minimum diameter of the filter section is (1) so that only the modes LP01, LP11, LP21, and LP02 propagate. Or, it is determined so that only the modes of LP01 and LP11 propagate, and (2) the loss of the highest mode among the propagated modes is 0.1 dB / m or less. It is characterized by that.
  • amplification efficiency by rare earth ions can be increased while maintaining the beam quality of the emitted light.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a fiber laser 1 including an optical amplifier 10 including an MMF 11 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a graph showing the dependence of the normalized propagation constant B on the normalized frequency V in the MMF.
  • FIG. 3 is a graph showing the light intensity distribution of each mode in the vicinity of the core of the MMF 11.
  • FIG. 4 is a graph showing the excitation level density inside the core of the MMF 11.
  • FIG. 5 is a graph showing the correlation between the sum of the excitation levels inside the core of the MMF 11 and the number of modes of light propagating through the MMF 11.
  • the fiber laser 1 includes an optical amplifier 10, a seed light source 20, and a head 30.
  • the tip of the optical fiber 27 provided in the seed light source 20 is fused to the incident end of the MMF 11 of the optical amplifier 10 at the connection point P11.
  • the tip of the delivery fiber 15 provided in the optical amplifier 10 is fused to one end of the head 30 at the connection point P14.
  • the optical amplifier 10 outputs high-power laser light by amplifying the seed light supplied from the seed light source 20.
  • the laser beam output from the optical amplifier 10 is irradiated to the object to be processed through the head 30 connected to the subsequent stage of the optical amplifier 10.
  • the wavelength of the seed light is 1090 nm. Therefore, the wavelength of the laser beam output from the optical amplifier 10 is also 1090 nm. Note that the wavelengths of the seed light and the laser light output from the optical amplifier 10 are not limited to 1090 nm.
  • the fiber laser 1 can irradiate a workpiece with a high-power laser beam via the head 30, the fiber laser 1 can be suitably used for processing applications represented by cutting and welding.
  • the optical amplifier 10 will be described.
  • the seed light source 20 will be described later in the second embodiment.
  • the head 30 a head used for processing applications can be appropriately employed. Therefore, the description of the head 30 is omitted.
  • the optical amplifier 10 includes an MMF 11, an excitation light source group 12, an optical fiber group 13, a combiner 14, and a delivery fiber 15.
  • the excitation light source group 12 includes a plurality of LDs (laser diodes) 121 to 126 which are excitation light sources.
  • the optical fiber group 13 includes a plurality of optical fibers 131 to 136. The number of excitation light sources and optical fibers is not limited to six, and can be determined as appropriate according to the output of the desired laser beam.
  • the MMF 11 is a step index type optical fiber having a core and a clad, and is an optical fiber in which rare earth ions (Yb 3+ ions in this embodiment) acting as an excitation material are added to the core.
  • the MMF 11 is an optical fiber that can propagate at least one higher-order mode in addition to the LP01 that is the fundamental mode, that is, a multimode fiber.
  • the emission end portion of the MMF 11 is fused to one end portion of the combiner 14 at the connection point P12.
  • the optical amplifier 10 employs a backward pumping type arrangement.
  • the backward excitation type configuration By adopting the backward excitation type configuration, it is possible to suppress the generation of spontaneous emission amplified light as compared to the case of employing the forward excitation type configuration. The reason why the backward excitation type configuration can suppress the generation of spontaneous emission amplified light as compared with the forward excitation type configuration will be described later.
  • the optical amplifier according to one embodiment of the present invention is not limited to the backward pumping type, and may be a forward pumping type or a bidirectional pumping type as illustrated in FIGS. Also good.
  • One end of the delivery fiber 15 is fused to the other end of the combiner 14 at the connection point P13.
  • the other end of the delivery fiber 15 is fused to one end of the head 30 at the connection point P14.
  • the other end of the delivery fiber 15 corresponds to the tip of the delivery fiber 15 described above.
  • the pumping light emitted from the LDs 121 to 126 is supplied to the MMF 11 through the optical fibers 131 to 136 and the combiner 14 via the emission end.
  • the excitation light supplied to the MMF 11 excites a number of rare earth ions added to the core of the MMF 11 in the process of propagating the MMF 11 from the connection point P12 toward the connection point P11.
  • the seed light is supplied from one end of the core of the MMF 11 containing many excited rare earth ions.
  • the seed light supplied to the MMF 11 propagates through the MMF 11 in the direction from the connection point P11 toward the connection point P12.
  • the seed light serves as a trigger for radiative recombination of electrons of rare earth ions that have transitioned to an excited state. Therefore, the seed light is amplified in the process of propagating from the connection point P11 to the connection point P12, and becomes high-power laser light.
  • This high-power laser beam is supplied to the head 30 via the delivery fiber 15 and irradiated from the head 30 onto the object to be processed.
  • the MMF 11 is a step index type optical fiber having a core and a clad, and is an optical fiber in which rare earth ions acting as an excitation material are added to the core.
  • the MMF 11 employs a double clad as a clad.
  • the clad of the MMF 11 may be a single clad.
  • the MMF 11 is an optical fiber that can propagate at least one higher-order mode in addition to the LP01 that is the fundamental mode, that is, a multimode fiber.
  • nco is the refractive index of the core
  • ncl is the refractive index of the cladding
  • a is the radius of the core
  • k is a constant represented by 2 ⁇ and the reciprocal of the wavelength ⁇ of the mode propagating through the optical fiber (that is, 1 / ⁇ ).
  • a normalized propagation constant B defined by equation (2) is known as an index representing the ratio of the mode propagating through the core to the mode propagating through the optical fiber.
  • ⁇ is a propagation constant of a mode propagating through the optical fiber.
  • the number of modes propagating through the optical fiber increases as the normalized frequency V of the optical fiber increases, and decreases as it decreases. That is, as the normalized frequency V is gradually decreased from 10, it becomes impossible to propagate in the optical fiber in the order of LP42, LP13, LP61, LP32, LP51, LP03, LP22, LP41, LP12, LP31. .
  • the modes that can propagate in the optical fiber are the sum of LP02, LP21, and LP11 that are higher-order modes and LP01 that is the fundamental mode. There are 4 modes.
  • the modes that can propagate in the optical fiber are a total of two modes, LP11 mode and LP01 mode.
  • the LP01 mode is the only mode that can propagate in the optical fiber.
  • the number of modes propagating through the optical fiber can be limited to a desired number by designing the optical fiber so that the normalized frequency V becomes a desired value.
  • the MMF 11 in this embodiment is designed so that the normalized frequency V is 3.83 or more. Therefore, when the MMF 11 is arranged linearly along one direction, the MMF 11 propagates at least four modes of LP01, LP11, LP21, and LP02.
  • the fiber laser 1 provided with the optical amplifier 10 is used for processing applications, in order to increase processing accuracy, the laser beam having a small beam waist diameter (cross-sectional diameter) is output and a high-power laser beam is output. It is required to do. That is, the optical amplifier 10 is required to output high-quality laser light having high beam quality.
  • the beam quality is a general term for an index for evaluating how small the beam waist diameter can be reduced, and can be expressed using a beam parameter product (BPP) or M 2 .
  • BPP beam parameter product
  • M 2 may be used as an index for evaluating the beam quality.
  • the outgoing end face can be considered as a kind of light source.
  • the size (diameter) of the region (distribution region) in which light is distributed in the emission end face can be regarded as the size of the light source. Therefore, in view of the above-described properties of light, the light emitted from the emission end face cannot be condensed smaller than the size of the distribution region.
  • the size of the distribution region changes depending on the mode of light.
  • the mode when considering a mode propagating through the MMF 11 and the delivery fiber 15, comparing a mode concentrated and distributed in the vicinity of the center of the core with a mode distributed in the vicinity of the outer periphery of the core, the mode is concentrated in the vicinity of the center of the core.
  • the distribution region in the exit end face is smaller in the mode distributed in this manner. Therefore, when comparing the mode distributed in the vicinity of the center of the core with the mode distributed in the vicinity of the outer periphery of the core, the mode concentrated in the vicinity of the center of the core may collect light smaller. it can. That is, from the viewpoint of improving the beam quality, the mode that is concentrated near the center of the core is more advantageous than the mode that is distributed near the outer periphery of the core.
  • the strength of LP01 which is the basic mode, has a maximum at the center of the core, and the strength monotonously decreases as the distance from the center of the core increases. In this way, LP01 is concentrated and distributed near the center of the core, so that it can be condensed small. Therefore, from the viewpoint of improving the beam quality, it is preferable to select only LP01 which is the fundamental mode as the mode for propagating through the MMF 11 and the delivery fiber 15. That is, the normalized frequency V may be determined so as to propagate only LP01.
  • the amplification efficiency can be expressed by, for example, (1) the ratio of the power of the laser light output from the MMF 11 to the power of the pumping light supplied to the MMF 11.
  • the rare earth ions that can contribute to the amplification of LP01 are rare earth ions distributed near the center of the core among the rare earth ions excited by the excitation light. Therefore, from the viewpoint of increasing amplification efficiency, it is preferable to selectively excite rare earth ions distributed near the center of the core.
  • FIG. 4 shows a distribution of excitation level density inside the MMF 11 in a state where excitation light and seed light are supplied.
  • the origin of the horizontal axis indicates the center of the core, and the position of 13.5 ⁇ m on the horizontal axis indicates the boundary between the core and the clad.
  • FIG. 5 shows a correlation between the sum of the excitation levels existing inside the core and the number of modes propagating inside the core (hereinafter, the number of propagation modes).
  • the sum of the excited levels is the sum of the number of rare earth ions that are excited.
  • FIG. 4 shows that as the excitation level density increases, more rare earth ions that do not contribute to light amplification remain, that is, the amplification efficiency is lower.
  • the excitation level density is high except for the vicinity of the center of the core (region having a radius of 5 ⁇ m or less), and the power of the excitation light is wasted. .
  • this embodiment employs the basic mode LP01 and the higher-order modes LP11, LP21, and LP02 as the modes that propagate through the MMF 11.
  • each mode of LP11 and LP21 has a minimum in the center of the core, and a maximum in a region where the normalized core radius is 0.5 or more and 0.75 or less.
  • the mode having the maximum in the region excluding the vicinity of the core center in this way, the rare earth ions distributed in the region excluding the vicinity of the core center can also contribute to the amplification of light.
  • the LP11 and LP21 modes in the MMF 11, as shown in FIG. 4 it is possible to increase the amplification efficiency in almost the entire area excluding the center of the core.
  • LP02 has a maximum at the center of the core and a further maximum although it is small near the boundary between the core and the clad.
  • the number of propagation modes increases, the number of the rare-earth ions that remain in the core and remain excited exhibits a behavior that gradually approaches a certain value. That is, even if the number of propagation modes is increased too much, the amplification efficiency will eventually reach its peak.
  • the number of propagation modes is 5 or more, higher order modes such as LP31 and LP12 are adopted. Higher order modes such as LP31 and LP12 are strongly distributed not only in the core but also in the cladding. This is not preferable from the viewpoint of improving the beam quality.
  • LP11, LP21, and LP02 are used as modes for propagating inside the MMF 11 in addition to LP01. adopt. That is, the MMF 11 of this embodiment is configured to propagate four modes, LP01, LP11, LP21, and LP02. The configuration of the MMF 11 that propagates these four modes will be described below.
  • the MMF 11 of the present embodiment is a step index type optical fiber as described above, and is an optical fiber in which rare earth ions acting as an excitation substance are added to the core.
  • the parameters represented by the core radius a, the core refractive index n co , the cladding outer diameter, and the cladding refractive index n cl of the MMF 11 are such that the normalized frequency V of the MMF 11 is 3.83 or more. It has been established. Therefore, when the MMF 11 is arranged linearly along one direction, the MMF 11 propagates at least four modes of LP01, LP11, LP21, and LP02. In other words, when arranged in a straight line, the MMF 11 may be configured to propagate higher order modes such as LP31 and LP12 in addition to these four modes.
  • the MMF 11 includes a filter unit 111 configured by bending a partial section thereof, and a surplus section 112 obtained by rounding and bundling an extra section other than the filter unit 111 into a coil shape.
  • the partial section in which the filter unit 111 is provided in the MMF 11 may be a section that constitutes a part of the MMF 11.
  • the MMF partial section may be (1) a section including the vicinity of the incident end of the MMF 11 and not including the vicinity of the exit end of the MMF 11, as shown in FIG. (2) A section including the vicinity of the exit end of the MMF 11 and not including the vicinity of the entrance end of the MMF 11 may be used.
  • the vicinity of the entrance end of the MMF 11 and the vicinity of the exit end are not included. It may be a section.
  • the diameter R2 of the surplus part 112 is not specifically limited, It is preferable that it exceeds the maximum diameter of the diameter R1 mentioned later.
  • the filter unit 111 is configured by winding a partial section of the MMF 11 approximately circularly a plurality of times (in this embodiment, three times as shown in FIG. 1). That is, the filter unit 111 is obtained by bundling a part of the MMF 11 into a coil shape.
  • the number of times of winding the partial section of the MMF 11 in a circle may be one time or a plurality of times, and can be set to an arbitrary number.
  • a state in which a part of the MMF 11 is wound once in a circle is referred to as a loop shape
  • a state in which a part of the MMF 11 is wound in a circle is referred to as a coil.
  • the shape of the filter unit 111 that bends a part of the MMF 11 is not limited to a circle, and the central angle that forms a part of the circle (for example, a semicircle) is not limited. It may be an arc that is less than 360 °.
  • the diameter of the filter unit 111 of the present embodiment since the shape is circular, the diameter is defined by the diameter of the circle.
  • the diameter R1 is constant throughout the entire section of the filter unit 111. Therefore, the minimum diameter and the maximum diameter of the filter unit 111 are both the diameter R1.
  • Each of the minimum diameter and the maximum diameter means a minimum diameter and a maximum diameter in the coiled filter unit 111 wound a plurality of times.
  • the diameter R1 is determined so that only LP01, LP11, LP21, and LP02 propagate and the loss of LP02 is 0.1 dB / m or less. Even when the shape of the filter unit 111 is an arc, the diameter of the filter unit 111 can be defined as follows.
  • the diameter of the virtual circle may be the arc diameter.
  • the curvature of the arc (the reciprocal of the radius of the arc) is not constant, (1) a minute section having the largest curvature is selected from each of the minute sections constituting the arc, and (2) the selected minute section is selected.
  • the diameter of the corresponding virtual circle may be the minimum diameter of the filter unit 111.
  • the amplification efficiency of the MMF 11 can be increased by the MMF 11 propagating through the LP11, LP21, and LP02 in addition to the LP01. Further, since the higher-order mode that penetrates strongly and propagates in the cladding such as LP31 and LP12 is not propagated, the beam quality is not lowered unnecessarily as compared with the case where only LP01 is propagated. Therefore, the MMF 11 can increase the amplification efficiency by the rare earth ions while maintaining the beam quality of the emitted light. That is, both the beam quality of the emitted light and the amplification efficiency can be achieved.
  • the MMF 11 can prevent an increase in bending loss that may occur due to the provision of the filter unit 111.
  • the case where the shape of the filter part 111 is circular is compared with the case where it is an arc
  • the case where the filter part 111 is disposed in a predetermined space is the length of the filter part 111. You can earn. Therefore, it is not necessary to make the minimum diameter of the filter part 111 smaller than necessary.
  • the bending loss of LP01, LP11, LP21, and LP02 can be reduced as compared with the case of an arc.
  • the filter unit 111 having a circular shape when the number of turns of the coil-shaped filter unit 111 is compared with the case where the number of turns is large, the case where the number of turns is larger You can earn length. Therefore, the bending loss can be further reduced and the beam quality can be further improved when the number of turns is large.
  • the diameter R1 is determined so that only LP01, LP11, LP21, and LP02 propagate and the loss of LP02 is 0.1 dB / m or less.
  • the diameter R1 the larger the diameter R1, the higher the proportion of LP01 occupied in LP01, LP11, LP21 and LP02.
  • the diameter R1 can be appropriately determined depending on which of the beam quality and the amplification efficiency is important within the range satisfying the above condition.
  • the bending loss of LP02, LP01, LP11, and LP21 being as small as 0.1 dB / m or less means that there are few LP02, LP01, LP11, and LP21 leaking from the core to the cladding. Therefore, according to this configuration, the loss of the emitted light can be suppressed, that is, the output of the emitted light can be increased.
  • each mode leaking from the core to the clad propagates in the clad, is reflected at a fusion point such as the connection point P11, and may enter the LD 121 to 126 as return light. If the amount of return light incident on the LDs 121 to 126 becomes too large, the LDs 121 to 126 are adversely affected, such as destabilizing the operation of the LDs 121 to 126 or reducing the reliability of the LDs 121 to 126. Sometimes.
  • the bending loss of LP02, LP01, LP11, and LP21 is as small as 0.1 dB / m or less, thereby suppressing LP02, LP01, LP11, and LP21 leaking from the core to the cladding. As a result, the LDs 121 to 126 have been described above. Undesirable influences can be avoided.
  • the large bending loss of LP02, LP01, LP11, and LP21 means that each mode of LP02, LP01, LP11, and LP21 constituting the emitted light leaks from the core to the cladding, and the loss of the emitted light is reduced. It means to increase. Further, each mode of LP02, LP01, LP11, and LP21 leaking from the core to the clad propagates through the clad and eventually reaches the LDs 121 to 126, which may adversely affect the LDs 121 to 126.
  • LP02, LP01, LP11, and LP21 Since the bending loss of LP02, LP01, LP11, and LP21 is 0.1 dB / m or less, it is possible to suppress the loss of emitted light and reduce the undesirable effects that can be given to the LDs 121 to 126.
  • an optical fiber having a small core diameter for example, a single mode fiber (SMF)
  • SMF single mode fiber
  • the fundamental mode propagating through the SMF core is strongly distributed near the center of the core. Since the fundamental mode is strongly distributed near the center of the core, the power of the pumping light that pumps rare earth ions located near the outer periphery of the core of the pumping optical fiber out of the power of the pumping light incident on the SMF is: It cannot contribute to the amplification of the signal light and is dissipated wastefully.
  • the MMF 11 is an MMF configured such that the normalized frequency V is 3.83 or more, the MMF 11 has a large core diameter when compared with the SMF. Since the MMF 11 has a larger core diameter than the SMF, the MMF 11 can guide a predetermined higher-order mode (LP11, LP21, and LP02) in addition to the LP01 that is the fundamental mode. Therefore, the higher-order mode is easily excited, and not only Yb 3+ ions located in the vicinity of the center portion of the core but also Yb 3+ ions located in the vicinity of the outer peripheral portion easily contribute to amplification of the emitted light.
  • LP11, LP21, and LP02 predetermined higher-order mode
  • the MMF 11 can achieve both the beam quality of the emitted light and the amplification efficiency.
  • the filter unit 111 by configuring the filter unit 111 by winding a partial section of the MMF 11 in a coil shape, the length of the section configuring the filter unit 111 can be arbitrarily set without changing the size of the filter unit 111. Can do. Further, according to this configuration, even when the optical amplifier 10 employs the MMF 11 having a long length, the MMF 11 can be stored in a compact manner. Therefore, a compact optical amplifier 10 and a compact fiber laser 1 can be realized.
  • the filter unit 111 is arranged in front of the surplus unit 112. That is, with the end portion on the side where the seed light is incident (the end portion on the connection point P11 side) of the both end portions of the MMF 11 as an incident end portion, the filter unit 111 has a partial section including the vicinity of the incident end portion as a coil. It is preferable that it is configured by winding in a shape.
  • higher-order modes other than LP11, LP21, and LP02 among higher-order modes included in the seed light supplied to the MMF 11 can be removed in a section relatively close to the connection point P11 in the MMF 11. . Therefore, in the surplus portion 112, the excited rare earth ions amplify only the four modes LP01, LP11, LP21, and LP02. Therefore, amplification of higher order modes such as LP31 and LP12 can be prevented, and the amplification efficiency can be further increased.
  • the diameter R1 is determined so that only LP01, LP11, LP21, and LP02 propagate and the loss of LP02 is 0.1 dB / m or less.
  • the diameter R1 may be determined so that In this case, the MMF 11 may be configured so that the normalized frequency V is 2.40 or more.
  • this modification is applicable not only to MMF11 which concerns on this embodiment but to both MMF21 which concerns on 2nd Embodiment, and MMF51 which concerns on 3rd Embodiment.
  • the signal light is incident on the MMF 11 from the connection point P11, and the excitation light is incident on the MMF 11 from the connection point P12.
  • the power of the excitation light is Distribution is highest at the connection point P12, attenuated as the distance from the connection point P12 increases, and lowest at the connection point P11. This is for propagation in the MMF 11 from the connection point P12 toward the connection point P11.
  • the energy of the excitation light is absorbed by Yb 3+ ions.
  • the energy accumulated in the Yb 3+ ions is distributed so as to be the highest at the connection point P12, attenuate as the distance from the connection point P12 decreases, and become the lowest at the connection point P11.
  • the power of the signal light when viewed along the direction in which the MMF 11 is stretched, the power of the signal light is the lowest at the connection point P11, is amplified with increasing distance from the connection point P11, and is distributed so as to be the highest at the connection point P12. This is because the power of the signal light is amplified by the energy accumulated in the Yb 3+ ions as it propagates through the MMF 11 from the connection point P11 toward the connection point P12.
  • the distribution of energy accumulated in Yb 3+ ions and the distribution of power of signal light have the same tendency. Therefore, in the backward excitation type configuration, the energy remaining in the Yb 3+ ions tends to be uniform when viewed along the direction in which the MMF 11 is stretched. That is, since the energy remaining in the Yb 3+ ions can be suppressed from being locally increased, the generation of spontaneous emission amplified light can be suppressed.
  • both the signal light and the pumping light are incident on the MMF 11 from the same connection point.
  • the optical amplifier 10 shown in FIG. 1 employs a forward pumping type configuration
  • most of the signal light and the pumping light enter the MMF 11 from the connection point P11. Therefore, the power of the pumping light is distributed so as to be highest at the connection point P11, attenuated as the distance from the connection point P11 decreases, and lowest at the connection point P12.
  • the energy accumulated in the Yb 3+ ions is highest at the connection point P11, attenuates as it moves away from the connection point P11, and is distributed so as to be the lowest at the connection point P12.
  • the power of the signal light is the lowest at the connection point P11, is amplified with increasing distance from the connection point P11, and is distributed so as to be the highest at the connection point P12.
  • the distribution of energy accumulated in the Yb 3+ ions and the distribution of the power of the signal light have an opposite tendency. Therefore, in the forward excitation type configuration, the energy remaining in the Yb 3+ ions is highest at the connection point P11 and decreases as the distance from the connection point P11 increases. As a result, the generation of spontaneous emission amplified light increases in the vicinity of the connection point P11.
  • FIG. 6 is a graph showing the bending loss of each propagating mode obtained by changing the bending diameter of the MMF 11 of this example.
  • the normalized frequency V of the MMF 11 is 5.98.
  • the bending loss shown in FIG. 6 was calculated using the MMF 11 configured as described above. Based on FIG. 6, by setting the diameter R1 of the filter unit 111 to 174 mm or more and less than 264 mm, only LP01, LP11, LP21, and LP02 propagate through the inside of the MMF 11, and the bending loss of LP02 is zero.
  • the MMF 11 can be configured to be 1 dB / m or less.
  • the MMF 11 can be configured to be m or less.
  • the MMF 11 has been described using the MOPA (Master Oscillator-Power Amplifier) type fiber laser 1.
  • MOPA Master Oscillator-Power Amplifier
  • the fiber laser to which the MMF 11 is applied is not limited to the MOPA type, and may be a resonator type fiber laser.
  • FIG. 7 is a graph showing the bending loss of each propagating mode obtained by changing the bending diameter of the MMF 11 of this example.
  • the normalized frequency V of the MMF 11 is 5.12.
  • the bending loss shown in FIG. 7 was calculated using the MMF 11 configured as described above. Based on FIG. 7, by setting the diameter R1 of the filter unit 111 to 111 mm or more and less than 192 mm, only LP01 and LP11 propagate inside the MMF 11 and the bending loss of the LP11 is 0.1 dB / m or less.
  • the MMF 11 can be configured so that
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of the seed light source 20 including the MMF 21 according to the present embodiment.
  • the seed light source 20 constitutes a part of the fiber laser 1 described in the first embodiment, and supplies seed light to the optical amplifier 10.
  • the seed light source 20 is an aspect of the optical amplifier described in the claims.
  • the seed light source 20 includes an MMF 21, an excitation light source group 22, an optical fiber group 23, a combiner 24, fiber gratings (FBG) 25 and 26, and an optical fiber 27. It has.
  • the excitation light source group 22 includes a plurality of LDs (laser diodes) 221 to 227 which are excitation light sources.
  • the optical fiber group 23 includes a plurality of optical fibers 231 to 237.
  • the MMF 21 is a step index type optical fiber having a core and a clad, and an optical fiber to which rare earth ions (YB 3+ ions in the present embodiment) acting as an excitation material are added to the core. It is.
  • the MMF 21 is a multimode fiber that can propagate at least one higher-order mode in addition to the LP01 that is the fundamental mode.
  • One end of the MMF 21 is fused to the other end of the combiner 24 at the connection point P22.
  • One end of the MMF 21 is referred to as an incident end, and the other end of the MMF 21 is referred to as an exit end.
  • the exit end of the MMF 21 is fused to one end of the optical fiber 27 at the connection point P23. As shown in FIG. 1, the other end of the optical fiber 27 is fused to the optical amplifier 10 at a connection point P11.
  • the seed light source 20 employs a forward excitation type arrangement.
  • the seed light source according to one embodiment of the present invention is not limited to the forward excitation type arrangement, and may be a backward excitation type or a bidirectional excitation type.
  • the excitation light emitted from the LDs 221 to 227 is supplied to the incident end of the MMF 21 via the optical fibers 231 to 237 and the combiner 24.
  • the excitation light supplied to the MMF 21 excites a number of rare earth ions added to the core as in the case of the MMF 11.
  • Electrons of rare earth ions that have transitioned to the excited state will eventually recombine with light emission. Stimulated emission occurs inside the MMF 21 triggered by the luminescent recombination of any rare earth ion.
  • the FBG 25 is provided between the connection point P22 of the MMF 21 and the filter unit 211.
  • the FBG 26 is provided between the connection point P23 of the MMF 21 and the filter unit 211. Therefore, the MMF 21 sandwiched between the FBG 25 and the FBG 26 functions as a resonator. As a result, the MMF 21 emits seed light that is laser light from its emission end.
  • the MMF 21 is defined so that the normalized frequency V is 3.83 or more, as in the case of the MMF 11.
  • the MMF 21 is the same as the MMF 11 in that the MMF 21 includes a filter unit 211 configured by bending a partial section of the MMF 21.
  • the filter unit 211 of the MMF 21 is configured by winding a central section that is a section from the vicinity of the incident end of the MMF 21 to the vicinity of the output end of the MMF 21 in a coil shape. (See FIG. 8).
  • the central section where the filter unit 211 is provided in the MMF 21 is from the vicinity of the incident end that is one end of the MMF 21 to the exit end that is the other end of the MMF 21.
  • the central section can be expressed as (1) a section of the MMF 21 that does not include the entrance end and the exit end. (2) As shown in FIG. 8, from the end of the FBG 25 on the FBG 26 side, It can also be expressed as a section to the end on the FBG 25 side.
  • This central section is obtained by extending a partial section constituting a part of the MMF 21 toward the incident end and the exit end so as to include the vicinity of the entrance end and the vicinity of the exit end. . Therefore, the length of the central section in the MMF 21 is longer than the length of the partial section in the MMF. That is, spatially, the central section includes a partial section. On the other hand, conceptually, the central section is included in a partial section. The spatial inclusion relationship and the conceptual inclusion relationship between the central section and the partial section are the same in the MMF 11 shown in FIG. 1 and the MMF 51 shown in FIG.
  • the diameter R211 is constant. Therefore, the minimum diameter and the maximum diameter of the filter unit 211 are both the diameter R211.
  • the diameter R211 is determined so that only LP01, LP11, LP21, and LP02 propagate and the loss of LP02 is 0.1 dB / m or less.
  • the MMF 21 of the present embodiment can increase the amplification efficiency by rare earth ions while maintaining the beam quality of the emitted light, like the MMF 11 shown in FIG. Further, by winding the entire intermediate section in a coil shape, the size can be further reduced as compared with the MMF 11 provided with the surplus portion 112.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of an optical amplifier 50 including the MMF 51 according to the present embodiment.
  • the optical amplifier 50 is obtained by replacing the MMF 11 provided in the optical amplifier 10 shown in FIG. That is, except for the MMF 51, the optical amplifier 50 is configured in the same manner as the optical amplifier 10.
  • the optical amplifier 50 includes an MMF 51, a pumping light source group 52, an optical fiber group 53, a combiner 54, and a delivery fiber 55.
  • the excitation light source group 52 includes a plurality of LDs (laser diodes) 521 to 526 which are excitation light sources.
  • the optical fiber group 53 includes a plurality of optical fibers 531 to 536.
  • the pumping light source group 52, the optical fiber group 53, the combiner 54, and the delivery fiber 55 included in the optical amplifier 50 are respectively the pumping light source group 12, the optical fiber group 13, the combiner 14, and the delivery fiber included in the optical amplifier 10. Corresponding to each of the fibers 15. Therefore, in this embodiment, only the MMF 51 will be described.
  • the MMF 51 is obtained by omitting the FBGs 25 and 26 from the MMF 21 shown in FIG. That is, the MMF 51 is a step index type optical fiber having a core and a clad, and is an optical fiber in which rare earth ions (YB 3+ ions in the present embodiment) acting as an excitation material are added to the core.
  • rare earth ions YB 3+ ions in the present embodiment
  • the MMF 51 is defined such that the normalized frequency V is 3.83 or more, as in the case of the MMFs 11 and 21.
  • the MMF 51 is a section from the vicinity of the incident end (the end on the connection point P52 side) which is one end to the vicinity of the output end (the end on the connection point P53 side) which is the other end.
  • the filter part 511 comprised by bending the center area is provided.
  • the diameter R511 is constant. Therefore, the minimum diameter and the maximum diameter of the filter portion 511 are both the diameter R511.
  • the diameter R511 is determined so that only LP01, LP11, LP21, and LP02 propagate and the loss of LP02 is 0.1 dB / m or less.
  • the MMF 51 of the present embodiment can increase the amplification efficiency by rare earth ions while maintaining the beam quality of the emitted light, like the MMF 11 shown in FIG. Further, by winding the entire intermediate section in a coil shape, the size can be further reduced as compared with the MMF 11 provided with the surplus portion 112.
  • a multimode fiber (11, 21, 51) is a multimode fiber (11, 21, 51) in which rare earth ions are added to a core and a normalized frequency is 2.40 or more.
  • the multimode fiber (11, 21, 51) includes a filter section (111, 211, 511) formed by bending a part or all of the sections, and the filter section (111, 211, 511).
  • the minimum diameter of (1) is such that (1) only the modes LP01, LP11, LP21, and LP02 propagate, or only the modes of LP01 and LP11 propagate, and (2) the propagation It is characterized in that it is determined so that the loss in the highest order mode among each mode is 0.1 dB / m or less.
  • each mode of LP11, LP21, and LP02, or (2) LP11 propagates through the core of the multimode fiber. Therefore, the amplification efficiency of the multimode fiber can be increased.
  • this multimode fiber can increase the amplification efficiency by rare earth ions while maintaining the beam quality of the emitted light.
  • the multimode fiber (11, 21, 51) has a normalized frequency of 3.83 or more, and the filter unit (111, 51, 51). 211, 511) is preferably determined so that only LP01, LP11, LP21, and LP02 propagate and the loss of LP02 is 0.1 dB / m or less.
  • the minimum diameter of the filter portion may be configured in this way when it is desired to emphasize the amplification efficiency while achieving both the beam quality of the emitted light and the amplification efficiency.
  • the minimum diameter of the filter unit (111, 211, 511) is such that only LP01 and LP11 propagate, and the loss of LP11 is low. It is preferably set to be 0.1 dB / m or less.
  • the minimum diameter of the filter portion may be configured in this way when it is desired to give more importance to the beam quality while achieving both the beam quality of the emitted light and the amplification efficiency.
  • the filter unit (111, 211, 511) has a loop shape in at least a part of the multimode fiber (11, 21, 51). Or it is preferable that it is comprised by winding in coil shape.
  • the length of the section constituting the filter unit can be arbitrarily set by changing the number of turns wound in a loop or coil without changing the size of the filter unit.
  • An optical amplifier (10, 50) includes a multimode fiber (11, 21, 51) according to any one of the above aspects, and the multimode fiber (11, 21, 51). ) And one or a plurality of excitation light sources (121 to 126, 221 to 227, 521 to 526) for supplying excitation light to the above.
  • an optical amplifier including the multimode fiber according to one embodiment of the present invention described above is also included in the scope of the present invention.
  • This optical amplifier has the same effect as the above-described multimode fiber according to one embodiment of the present invention.
  • the filter unit (10, 50) is configured such that, of both ends of the multimode fiber (11, 51), an end on the side where seed light is incident is an incident end.
  • 111, 511) is preferably configured by winding a partial section including the vicinity of the incident end portion in a loop shape or a coil shape.
  • higher-order modes other than LP11, LP21, and LP02 among higher-order modes propagating inside the multi-mode fiber can be quickly removed at the front stage of the multi-mode fiber. Accordingly, in the subsequent stage of the multimode fiber excluding the filter unit, the excited rare earth ions amplify only the four modes LP01, LP11, LP21, and LP02. Therefore, amplification of higher order modes such as LP31 and LP12 in the subsequent stage of the multimode fiber can be suppressed, and the present optical amplifier can further increase the amplification efficiency.
  • the filter unit (511) is configured such that, of the both ends of the multimode fiber (51), an end opposite to the incident end is an output end. It is preferable that the multi-mode fiber (51) is configured by winding a central section that is a section from the vicinity of the incident end to the vicinity of the output end in a coil shape.
  • the optical amplifier can be made more compact by winding the entire intermediate section in a coil shape.
  • a fiber laser (1) according to an aspect of the present invention supplies seed light to the optical amplifier (10, 50) according to any one of the aspects described above and the multimode fiber (11, 51).
  • a seed light source (20) is provided.
  • a fiber laser including the optical amplifier according to one aspect of the present invention described above is also included in the scope of the present invention.
  • This fiber laser has the same effect as the optical amplifier according to one embodiment of the present invention described above.
  • an end portion opposite to an end portion on the side where the seed light is incident among the both end portions of the multimode fiber (11, 21, 51) is an emission end portion.
  • the one or the plurality of excitation light sources (121 to 126, 221 to 227, 521 to 526) may be coupled to the emission end.
  • This fiber laser can suppress the generation of spontaneous emission amplified light. Therefore, even when the backward pumping arrangement is adopted, a failure that may occur in a plurality of pumping light sources can be suppressed.

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Abstract

希土類イオンが添加されたマルチモードファイバにおいて、出射光のビーム品質を維持しつつ希土類イオンによる増幅効率を高めること。コアに希土類イオンが添加され且つ規格化周波数が２．４０以上であるマルチモードファイバ（１１）は、その一部区間又は全区間を屈曲することにより構成されたフィルタ部（１１１）を備え、フィルタ部（１１１）の最小直径（直径Ｒ１）は、（１）ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２の各モードのみが伝搬するように、又は、ＬＰ０１及びＬＰ１１の各モードのみが伝搬するように、且つ、（２）伝搬する前記各モードのうち最高次モードの損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるように、定められている。

Description

マルチモードファイバ、光増幅器、及びファイバレーザ
　本発明は、コアに希土類イオンが添加されたマルチモードファイバに関する。また、本発明は、このようなマルチモードファイバを備えた光増幅器及びファイバレーザに関する。
　出力ビームの出力を高めることを目的として、励起物質として働く希土類イオンがコアに添加されたマルチモードファイバを光増幅用ファイバとして備えた光増幅器が産業界において利用されている。このような光増幅器を用いたファイバレーザは、高出力なレーザ光を出力することができる。そのため、このようなファイバレーザは、切断や溶接などに代表される加工用途に用いられる。
　このようなファイバレーザを加工用途に用いる場合、加工精度を高めるために、レーザ光のビームウェスト径（断面径）が小さなレーザ光であって、且つ、高出力なレーザ光を出力することが求められる。すなわち、このようなファイバレーザには、高いビーム品質を有し、且つ、高出力なレーザ光を出力することが求められる。ビーム品質は、ビームウェスト径をどれだけ小さく絞ることができるかを表す指標であり、ビームパラメータ積（ＢＰＰ：Beam Parameter Products）又はＭ２が用いられる。
　特許文献１の図１には、高品質且つ高出力なレーザ光を得るために、光増幅用ファイバ（特許文献１に記載の励起用光ファイバ）と、複数の励起光入射手段と、モードフィルタとを備えたファイバレーザが示されている。光増幅用ファイバのコアには励起物質が添加されており、その励起物質は、励起光入射手段から入射される励起光によって励起される。光増幅用ファイバは、レーザ発振を生じさせる共振器として機能するとともに、そのレーザ光の出力を増幅する。したがって、このように構成されたファイバレーザは、光増幅器としての機能を有する。
　特許文献１のファイバレーザは、励起用光ファイバとしてモードフィールド径が大きなフォトニック結晶ファイバを採用している。このモードフィールド径が大きなフォトニック結晶ファイバは、マルチモードファイバ（ＭＭＦ）として機能する。これにより、複数の励起光入射手段から高出力な励起光を入射する場合であっても、励起用光ファイバの内部における励起光密度が過度に高まることを防止できる。したがって、この構成によれば、励起用光ファイバが過度の熱により破壊されることを防止することができる。すなわち、この励起用光ファイバは、高出力なマルチモードのレーザ光を出力することができる。
　また、このファイバレーザは、モードフィルタとして励起用光ファイバの所定の位置に形成されたフォトニック結晶ファイバを採用している。モードフィルタは、基本モードの光のみを透過し、高次モードの光を遮断することができる。したがって、この構成によれば、励起用光ファイバによって得られるマルチモードのレーザ光のうち基本モードのレーザ光のみを選択して出力することができる。すなわち、高いビーム品質を有するレーザ光を出力することができる。
　以上のように、特許文献１のファイバレーザは、高いビーム品質を有し、且つ、高出力なレーザ光を出力することができる。
　また、特許文献１には、光ファイバを曲げることによって曲げ損失を形成することにより、光ファイバの発振モードをシングルモードにすることができる旨が記載されている。このことは、曲げ損失を形成することにより、ファイバレーザが出力するレーザ光のビーム品質を高めることができることを意味する。
日本国公開特許公報「特開２０１０－３８９６号公報」（２０１０年１月７日公開）
　しかしながら、特許文献１に記載のファイバレーザには増幅効率を更に高める余地がある。その理由を以下に説明する。
　特許文献１に記載のファイバレーザは、（１）励起用光ファイバは、基本モードのレーザ光と高次モードのレーザ光とを区別することなく増幅し、（２）モードフィルタは、増幅された基本モードのレーザ光及び増幅された高次モードのレーザ光のうち増幅された高次モードのレーザ光を除去することによって、レーザ光のビーム品質を高めている。したがって、特許文献１に記載のファイバレーザにおいて、複数の励起光入射手段から励起用光ファイバに入射した励起光のパワーのうち、高次モードのレーザ光の増幅に寄与した励起光のパワーは、ファイバレーザから出力されるレーザ光の出力に還元されることなく捨てられることになる。
　また、特許文献１に記載のファイバレーザは、屈曲した光ファイバをモードフィルタの代わりに採用している。光ファイバを屈曲することによって曲げ損失を形成することによって、光ファイバの発振モードをシングルモードにすることができ、結果としてレーザ光のビーム品質を高めることができる。しかしながら、特許文献１に記載のファイバレーザには増幅効率を更に高める余地がある。その理由を以下に説明する。
　基本モードのレーザ光は、光ファイバのコアの中心近傍に集中して分布する。そのため、光ファイバのコアに添加された希土類イオンのうち光増幅に寄与する希土類イオンは、コアの中心近傍に分布する希土類イオンのみである。換言すれば、コアの外縁近傍に分布する希土類イオンは、光増幅に寄与しない。その一方で、光ファイバに入射された励起光は、コアの中心近傍に分布する希土類イオンと、コアの外縁近傍に分布する希土類イオンとを区別することなく励起する。その結果、光ファイバに入射された励起光のパワーのうちコアの外縁近傍に分布する希土類イオンを励起するために使われた励起光のパワーは、ファイバレーザから出力されるレーザ光の出力に還元されることなく無駄に散逸することになる。
　本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コアに希土類イオンが添加されたマルチモードファイバにおいて、出射光のビーム品質を維持しつつ希土類イオンによる増幅効率を高めることである。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るマルチモードファイバは、コアに希土類イオンが添加され且つ規格化周波数が２．４０以上であるマルチモードファイバであって、当該マルチモードファイバは、その一部区間又は全区間を屈曲することにより構成されたフィルタ部を備え、当該フィルタ部の最小直径は、（１）ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２の各モードのみが伝搬するように、又は、ＬＰ０１及びＬＰ１１の各モードのみが伝搬するように、且つ、（２）伝搬する前記各モードのうち最高次モードの損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるように、定められている、ことを特徴とする。
　本発明の一態様によれば、コアに希土類イオンが添加されたマルチモードファイバにおいて、出射光のビーム品質を維持しつつ希土類イオンによる増幅効率を高めることができる。
本発明の第１の実施形態に係るマルチモードファイバを備えたファイバレーザの構成を示すブロック図である。 マルチモードファイバにおける規格化伝搬定数の規格化周波数依存性を示すグラフである。 マルチモードファイバのコア近傍における各モードの光の強度分布を示すグラフである。 マルチモードファイバのコアの内部における励起準位密度を示すグラフである。 マルチモードファイバのコアの内部における励起準位の総和と、マルチモードファイバを伝搬する光のモード数との相関関係を示すグラフである。 第１の実施例であるマルチモードファイバの曲げ直径を変化させることによって得られた、伝搬する各モードの曲げ損失を示すグラフである。 第２の実施例であるマルチモードファイバの曲げ直径を変化させることによって得られた、伝搬する各モードの曲げ損失を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係るマルチモードファイバを備えた種光光源の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るマルチモードファイバを備えた光増幅器の構成を示すブロック図である。
　〔第１の実施形態〕
　本発明の第１の実施形態に係るマルチモードファイバ（Multi-Mode Fiber：ＭＭＦ）について、図１～図５を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るＭＭＦ１１を備えた光増幅器１０を含むファイバレーザ１の構成を示すブロック図である。図２は、ＭＭＦにおける規格化伝搬定数Ｂの規格化周波数Ｖ依存性を示すグラフである。図３は、ＭＭＦ１１のコア近傍における各モードの光の強度分布を示すグラフである。図４は、ＭＭＦ１１のコアの内部における励起準位密度を示すグラフである。図５は、ＭＭＦ１１のコアの内部における励起準位の総和と、ＭＭＦ１１を伝搬する光のモード数との相関関係を示すグラフである。
　（ファイバレーザ１の概要）
　図１に示すように、ファイバレーザ１は、光増幅器１０と、種光光源２０と、ヘッド３０とを備えている。
　種光光源２０が備えている光ファイバ２７の先端は、接続点Ｐ１１において光増幅器１０のＭＭＦ１１の入射端部に融着されている。
　また、光増幅器１０が備えているデリバリファイバ１５の先端は、接続点Ｐ１４においてヘッド３０の一方の端部に融着されている。このように構成されたファイバレーザ１において、光増幅器１０は、種光光源２０から供給された種光を増幅することによって高出力なレーザ光を出力する。光増幅器１０が出力するレーザ光は、光増幅器１０の後段に接続されたヘッド３０を介して、加工対象物に照射される。なお、本実施形態において種光の波長は、１０９０ｎｍである。したがって、光増幅器１０が出力するレーザ光の波長も１０９０ｎｍである。なお、種光及び光増幅器１０が出力するレーザ光の波長は、１０９０ｎｍに限定されるものではない。
　ファイバレーザ１は、ヘッド３０を介して高出力なレーザ光を加工対象物に照射することができるため、ファイバレーザ１は、切断や溶接などに代表される加工用途に好適に用いることができる。
　本実施形態では、光増幅器１０について説明する。種光光源２０については、第２の実施形態において後述する。ヘッド３０としては、加工用途に用いられるヘッドを適宜採用することができる。したがって、ヘッド３０についての説明は、省略する。
　（光増幅器１０）
　図１に示すように、光増幅器１０は、ＭＭＦ１１と、励起光源群１２と、光ファイバ群１３と、コンバイナ１４と、デリバリファイバ１５とを備えている。励起光源群１２は、複数の励起光源であるＬＤ（レーザダイオード）１２１～１２６からなる。光ファイバ群１３は、複数の光ファイバ１３１～１３６からなる。なお、励起光源及び光ファイバの数は、６個に限定されるものではなく、所望のレーザ光の出力などに応じて、適宜定めることができる。
　ＭＭＦ１１は、コアとクラッドとを備えたステップインデックス型の光ファイバであって、そのコアに励起物質として働く希土類イオン（本実施形態では、Ｙｂ３＋イオン）が添加された光ファイバである。ＭＭＦ１１は、基本モードであるＬＰ０１に加えて少なくとも１つの高次モードを伝搬することができる光ファイバ、すなわちマルチモードファイバである。ＭＭＦ１１の出射端部は、接続点Ｐ１２においてコンバイナ１４の一方の端部に融着されている。
　光ファイバ１３１の一方の端部は、ＬＤ１２１と光学的に結合されており、光ファイバ１３１の他方の端部は、接続点Ｐ１３においてコンバイナ１４の他方の端部に融着されている。同様に、光ファイバ１３２～１３６の各々の一方の端部は、それぞれ、ＬＤ１２２～１２６の各々と光学的に結合されている。また、光ファイバ１３２～１３６の各々の他方の端部は、何れも、接続点Ｐ１３においてコンバイナ１４の他方の端部に融着されている。このように、光増幅器１０は、後方励起型の配置を採用している。後方励起型の構成を採用することによって、前方励起型の構成を採用する場合と比較して、自然放出増幅光の発生を抑制することができる。なお、後方励起型の構成のほうが前方励起型の構成と比較して、自然放出増幅光の発生を抑制できる理由については、後述する。
　ただし、本発明の一態様に係る光増幅器は、後方励起型に限定されるものではなく、図８及び図９に示すように前方励起型であってもよいし、双方向励起型であってもよい。
　デリバリファイバ１５の一方の端部は、接続点Ｐ１３においてコンバイナ１４の他方の端部に融着されている。また、デリバリファイバ１５の他方の端部は、接続点Ｐ１４においてヘッド３０の一方の端部に融着されている。デリバリファイバ１５の他方の端部は、上述したデリバリファイバ１５の先端に対応する。
　このように構成された光増幅器１０において、ＬＤ１２１～１２６が出射する励起光は、光ファイバ１３１～１３６及びコンバイナ１４を介して、出射端部を介してＭＭＦ１１に供給される。ＭＭＦ１１に供給された励起光は、ＭＭＦ１１を接続点Ｐ１２から接続点Ｐ１１に向かう方向へ伝搬する過程において、ＭＭＦ１１のコアに添加された多数の希土類イオンを励起する。
　励起された状態の希土類イオンを多数含むＭＭＦ１１のコアには、その一方の端部から種光が供給される。ＭＭＦ１１に供給された種光は、ＭＭＦ１１を接続点Ｐ１１から接続点Ｐ１２に向かう方向へ伝搬する。その過程において、種光は、励起状態に遷移した希土類イオンの電子が発光再結合するトリガーとなる。したがって、種光は、接続点Ｐ１１から接続点Ｐ１２へ伝搬する過程において増幅され、高出力なレーザ光となる。この高出力なレーザ光は、デリバリファイバ１５を介してヘッド３０に供給され、ヘッド３０から加工対象物に照射される。
　（ＭＭＦ１１の概要）
　ＭＭＦ１１は、コアとクラッドとを備えたステップインデックス型の光ファイバであって、そのコアに励起物質として働く希土類イオンが添加された光ファイバである。ＭＭＦ１１は、クラッドとしてダブルクラッドを採用している。しかし、ＭＭＦ１１のクラッドは、シングルクラッドであってもよい。ＭＭＦ１１は、基本モードであるＬＰ０１に加えて少なくとも１つの高次モードを伝搬することができる光ファイバ、すなわちマルチモードファイバである。
　＜光ファイバを伝搬するモードの数＞
　まず、ステップインデックス型の光ファイバを伝搬するモードの数について図２を参照して説明する。光ファイバが伝搬することができるモードの数は、式（１）により定義される規格化周波数Ｖに依存する。規格化周波数Ｖは、光ファイバの仕様を表す指標の１つである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、ｎｃｏはコアの屈折率であり、ｎｃｌはクラッドの屈折率であり、ａはコアの半径である。ｋは、２πと、光ファイバを伝搬するモードの波長λの逆数（すなわち１／λ）により表される定数である。
　また、光ファイバを伝搬するモードに対するコアを伝搬するモードの割合を表す指標として、式（２）により定義される規格化伝搬定数Ｂが知られている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　ここで、βは光ファイバを伝搬するモードの伝搬定数である。
　図２に示すように、光ファイバを伝搬するモードの数は、その光ファイバの規格化周波数Ｖが大きいほど多くなり、小さいほど少なくなる。すなわち、規格化周波数Ｖを１０から徐々に小さくしていくにしたがって、ＬＰ４２、ＬＰ１３、ＬＰ６１、ＬＰ３２、ＬＰ５１、ＬＰ０３、ＬＰ２２、ＬＰ４１、ＬＰ１２、ＬＰ３１の順番で光ファイバ内を伝搬できなくなることが分かる。
　規格化周波数Ｖが５．１３（有効数字３桁の場合）未満である場合、光ファイバ内を伝搬できるモードは、高次モードであるＬＰ０２、ＬＰ２１、ＬＰ１１と、基本モードであるＬＰ０１との合計４モードである。規格化周波数Ｖが３．８３（有効数字３桁の場合）未満である場合、光ファイバ内を伝搬できるモードは、ＬＰ１１モード及びＬＰ０１モードの合計２モードである。規格化周波数Ｖが２．４０（有効数字３桁の場合）未満である場合、光ファイバ内を伝搬できるモードは、ＬＰ０１モードのみとなる。
　以上のことから、規格化周波数Ｖが所望の値となるように光ファイバを設計することによって、光ファイバを伝搬するモードの数を所望の数に限定することができることが分かる。
　本実施形態におけるＭＭＦ１１は、規格化周波数Ｖが３．８３以上となるように設計されている。したがって、１つの方向に沿って直線状にＭＭＦ１１を配置した場合、ＭＭＦ１１は、少なくともＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２の４つのモードを伝搬する。
　＜ビーム品質＞
　光増幅器１０を備えたファイバレーザ１を加工用途に用いる場合、加工精度を高めるために、レーザ光のビームウェスト径（断面径）が小さなレーザ光であって、且つ、高出力なレーザ光を出力することが求められる。すなわち、光増幅器１０には、高いビーム品質を有し、且つ、高出力なレーザ光を出力することが求められる。ビーム品質は、ビームウェスト径をどれだけ小さく絞ることができるかを評価する指標の総称であり、ビームパラメータ積（ＢＰＰ：Beam Parameter Products）又はＭ２を用いて表すことができる。ビーム品質を評価するための指標として、ＢＰＰを用いてもよいし、Ｍ２を用いてもよい。
　光の性質として、１つの点状の光源から発せされた光を集光する集光系において、上記光源から発せられた光を上記光源の大きさよりも小さく集光することはできないことが知られている。ＭＭＦ１１のような光ファイバの一方の端面（出射端面）から出射される光を集光する集光系を考えた場合には、当該出射端面を一種の光源と考えることができる。この場合、上記出射端面のうち光が分布する領域（分布領域）の大きさ（直径）を光源の大きさと見做すことができる。したがって、上述した光の性質に鑑みれば、上記出射端面から出射された光は、分布領域の大きさよりも小さく集光することはできない。分布領域の大きさは、光のモードに依存して変化する。
　ここで、ＭＭＦ１１及びデリバリファイバ１５を伝搬するモードを考える場合、コアの中心近傍に集中して分布するモードと、コアの外周部近傍に分布するモードとを比較すると、コアの中心近傍に集中して分布するモードの方が出射端面内における分布領域が小さい。したがって、コアの中心近傍に集中して分布するモードと、コアの外周部近傍に分布するモードとを比較すると、コアの中心近傍に集中して分布するモードの方がより小さく集光することができる。すなわち、ビーム品質を高めるという観点では、コアの中心近傍に集中して分布するモードの方がコアの外周部近傍に分布するモードより有利である。
　ここで、ステップインデックス型の光ファイバを伝搬する各モードの分布について図３を参照して説明する。図３の横軸に示す規格化コア半径は、ＭＭＦ１１の中心からの距離を、そのコアの半径ａ（本実施形態ではａ＝１３．５μｍ）で規格化したものである。すなわち、規格化コア半径の絶対値が１である位置（すなわち、図３においては規格化コア半径が１または－１の位置）がコアとクラッドとの境界に対応する。
　図３に示すように、基本モードであるＬＰ０１の強度は、コアの中心に極大を有し、コアの中心から遠ざかるにしたがって強度が単調減少する。このように、ＬＰ０１は、コアの中心近傍に集中して分布しているため、小さく集光することができる。したがって、ビーム品質を高めるという観点では、ＭＭＦ１１及びデリバリファイバ１５を伝搬するモードとして、基本モードであるＬＰ０１のみを選択することが好ましい。すなわち、ＬＰ０１のみを伝搬するように規格化周波数Ｖを定めればよい。
　＜増幅効率＞
　その一方で、ＭＭＦ１１及びデリバリファイバ１５を伝搬するモードとしてＬＰ０１のみを選択した場合、ＭＭＦ１１における増幅効率を高めることが難しい。以下にその理由を説明する。なお、増幅効率は、例えば、（１）ＭＭＦ１１に対して供給した励起光のパワーに対する、（２）ＭＭＦ１１から出力されるレーザ光のパワーの割合で表すことができる。
　上述したように、ＬＰ０１は、コアの中心近傍に集中して分布している。したがって、ＬＰ０１の増幅に寄与できる希土類イオンは、励起光によって励起された希土類イオンのうちコアの中心近傍に分布している希土類イオンである。したがって、増幅効率を高める観点では、コアの中心近傍に分布する希土類イオンを選択的に励起することが好ましい。
　しかしながら、例えばＭＭＦ１１のコアとしてダブルクラッドを採用した場合、コアの中心近傍に分布する希土類イオンを選択的に励起することは困難である。実際のＭＭＦ１１において、励起光は、コア内に添加された希土類イオンをその分布する位置に関わらず励起する。したがって、ＭＭＦ１１及びデリバリファイバ１５を伝搬するモードとしてＬＰ０１のみを選択した場合、コアの外周部近傍に分布する希土類イオンは、ＬＰ０１の増幅に寄与することができない。すなわち、コアの外周部近傍に分布する希土類イオンを励起するために用いられた励起光のパワーが無駄に散逸するため、結果として増幅効率を高めることができない。
　図４は、励起光及び種光が供給された状態のＭＭＦ１１の内部における励起準位密度の分布を示す。横軸の原点がコアの中心を示し、横軸の１３．５μｍの位置がコアとクラッドとの境界を示す。また、図５は、コアの内部に存在する励起準位の総和と、コアの内部を伝搬するモード数（以下、伝搬モード数）との相関関係を表す。励起準位の総和は、換言すれば、励起されたままの希土類イオンの数の総和である。
　図４において、励起準位密度が高くなるほど光の増幅に寄与できていない希土類イオンが多く残存していること、すなわち、増幅効率が低いことを示す。図４に示す通り、ＭＭＦ１１を伝搬するモードがＬＰ０１のみの場合、コアの中心近傍（半径５μｍ以下の領域）を除いて励起準位密度が高く、励起光のパワーを無駄にしていることが分かる。
　図５においても同様に、伝搬モード数がＬＰ０１のみの場合、コアの内部に励起されたままの希土類イオンが多く残存していることが分かる。
　そこで、ＭＭＦ１１を伝搬するモードの増幅効率を高めるために、本実施形態では、ＭＭＦ１１を伝搬するモードとして、基本モードであるＬＰ０１と、高次モードであるＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２とを採用する。
　図３に示すように、ＬＰ１１及びＬＰ２１の各モードは、コアの中心に極小を有し、規格化コア半径が０．５以上０．７５以下の領域に極大を有する。このようにコアの中心近傍を除いた領域に極大を有するモードを伝搬させることによって、コアの中心近傍を除いた領域に分布する希土類イオンも光の増幅に寄与できるようになる。具体的には、ＭＭＦ１１内をＬＰ１１及びＬＰ２１の各モードを伝搬させることによって、図４に示すように、コアの中心を除いたほぼ全域において増幅効率を高めることができる。
　また、ＬＰ０２は、コアの中心に極大を有するとともに、コアとクラッドとの境界近傍に小さいとはいえ更なる極大を有する。ＭＭＦ１１内を、ＬＰ１１及びＬＰ２１に加えてＬＰ２０を伝搬させることによって、図４に示すように、コアの外周部近傍（半径８μｍ以上の領域）における増幅効率を更に高めることができる。
　図５に示すように、伝搬モード数が１から増加するにしたがって、コアの内部に残存する励起されたままの希土類イオンの数が明らかに単調減少することが分かる。すなわち、増幅効率を高めることができる。
　ただし、伝搬モード数が大きくなるにしたがって、コアの内部に残存する励起されたままの希土類イオンの数は、一定の値に漸近するような振る舞いを見せる。すなわち、伝搬モード数を大きくしすぎても増幅効率はやがて頭打ちになる。また、伝搬モード数を５以上にする場合、ＬＰ３１及びＬＰ１２といった高次モードを採用することになる。ＬＰ３１及びＬＰ１２といった高次モードは、コアの内部のみならずクラッドにまで強く分布している。このことは、ビーム品質を高めるという観点からも好ましくない。
　以上のことから、本実施形態では、出射光のビーム品質を維持しつつ希土類イオンによる増幅効率を高めるために、ＭＭＦ１１の内部を伝搬するモードとして、ＬＰ０１に加えて、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２を採用する。すなわち、本実施形態のＭＭＦ１１は、ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２の４つのモードを伝搬するように構成されている。これらの４つのモード伝搬するＭＭＦ１１の構成を以下に説明する。
　（ＭＭＦ１１の構成）
　本実施形態のＭＭＦ１１は、上述したようにステップインデックス型の光ファイバであって、そのコアに励起物質として働く希土類イオンが添加された光ファイバである。そのうえで、ＭＭＦ１１のコア半径ａ、コアの屈折率ｎｃｏ、クラッドの外径、及びクラッドの屈折率ｎｃｌに代表される各パラメータは、ＭＭＦ１１の規格化周波数Ｖが３．８３以上となるように定められている。したがって、１つの方向に沿って直線状にＭＭＦ１１を配置した場合、ＭＭＦ１１は、少なくともＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２の４つのモードを伝搬する。換言すれば、ＭＭＦ１１は、直線状に配置された場合、これらの４つのモードに加えてＬＰ３１やＬＰ１２などの高次モードを伝搬するように構成されていてもよい。
　図１に示すように、ＭＭＦ１１は、その一部区間を屈曲することにより構成されたフィルタ部１１１と、フィルタ部１１１以外の余剰な区間をコイル状に丸めて束ねた余剰部１１２とを備えている。なお、ＭＭＦ１１においてフィルタ部１１１が設けられている一部区間は、ＭＭＦ１１の一部を構成する区間であればよい。具体的には、ＭＭＦの一部区間は、（１）図１に示すように、ＭＭＦ１１の入射端部の近傍を含み、ＭＭＦ１１の出射端部の近傍を含まない区間であってもよいし、（２）ＭＭＦ１１の出射端部の近傍を含み、ＭＭＦ１１の入射端部の近傍を含まない区間であってもよいし、（３）ＭＭＦ１１の入射端部の近傍及び出射端部の近傍を含まない区間であってもよい。なお、余剰部１１２の直径Ｒ２は、特に限定されるものではないが、後述する直径Ｒ１の最大直径を上回っていることが好ましい。
　本実施形態において、フィルタ部１１１は、ＭＭＦ１１の一部区間をおよそ円形に複数回（本実施形態では図１に示すように３回）巻くことによって構成されている。すなわち、フィルタ部１１１は、ＭＭＦ１１の一部区間をコイル状に丸めて束ねたものである。なお、ＭＭＦ１１の一部区間を円形に巻く回数は、１回であってもよいし、複数回であってもよく、任意の回数に設定することができる。本願明細書において、ＭＭＦ１１の一部区間を円形に１回巻いた状態をループ状と称し、ＭＭＦ１１の一部区間を円形に複数回巻いた状態をコイル状と称する。また、フィルタ部１１１においてＭＭＦ１１の一部区間を屈曲する形状（以下、フィルタ部１１１の形状）は、円形に限定されるものではなく、円形の一部（例えば半円）を構成する中心角が３６０°未満である弧であってもよい。
　本実施形態のフィルタ部１１１において、その形状が円形であるため、その直径は、当該円形の直径により定義される。本実施形態のフィルタ部１１１において、その直径Ｒ１は、フィルタ部１１１の全区間を通じて一定に構成されている。したがって、フィルタ部１１１の最小直径及び最大直径は、何れも直径Ｒ１である。最小直径及び最大直径の各々は、それぞれ、複数回巻かれたコイル状のフィルタ部１１１における最小の直径及び最大の直径を意味する。この直径Ｒ１は、ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２のみが伝搬するように、且つ、ＬＰ０２の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるように定められている。なお、フィルタ部１１１の形状が弧である場合であってもフィルタ部１１１の直径は、次のように定義できる。すなわち、弧を構成する曲線の曲率に対応した仮想的な円を仮定し、その仮想的な円の直径を弧の直径とすればよい。また、弧の曲率（弧の半径の逆数）が一定でない場合には、（１）弧を構成する微小区間の各々のうち最も曲率が大きい微小区間を選択し、（２）選択した微小区間に対応した仮想的な円の直径をフィルタ部１１１の最小直径とすればよい。
　この構成によれば、ＭＭＦ１１がＬＰ０１に加えてＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２を伝搬することによって、ＭＭＦ１１の増幅効率を高めることができる。また、ＬＰ３１やＬＰ１２などのクラッドに強く浸み出して伝搬する高次モードを伝搬させないため、ＬＰ０１のみを伝搬させる場合と比較してもいたずらにビーム品質を低下させることがない。したがって、ＭＭＦ１１は、出射光のビーム品質を維持しつつ希土類イオンによる増幅効率を高めることができる。すなわち、出射光のビーム品質と増幅効率とを両立できる。また、ＬＰ０２の曲げ損失（請求の範囲に記載の損失）が０．１ｄＢ／ｍ以下であることによって、ＬＰ０１、ＬＰ１１、及びＬＰ２１の曲げ損失も０．１ｄＢ／ｍ以下となる（詳しくは図６を参照して後述する）。したがって、ＭＭＦ１１は、フィルタ部１１１を設けたことにより生じ得る曲げ損失の増大を防止することができる。
　なお、フィルタ部１１１の形状が円形である場合と、弧である場合とを比較した場合、円形である場合のほうが、所定のスペース内にフィルタ部１１１を配置した場合に、フィルタ部１１１の長さを稼ぐことができる。そのため、フィルタ部１１１の最小直径を必要以上に小さくしなくて済む。結果として、ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２の曲げ損失を弧である場合より低減することができる。また、同様の理由から、形状が円形であるフィルタ部１１１において、コイル状のフィルタ部１１１の巻き数が少ない場合と多い場合とを比較した場合、巻き数が多い場合の方がフィルタ部１１１の長さを稼ぐことができる。したがって、巻き数が多い場合の方が曲げ損失をより低減することができ、且つ、ビーム品質をより向上させることができる。
　また、上述したように、直径Ｒ１は、ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２のみが伝搬するように、且つ、ＬＰ０２の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるように定められている。この条件を満たす範囲内で直径Ｒ１が大きい場合と小さい場合とを比較した場合、小さくすればするほど、ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２のなかでＬＰ０１が占める割合が高くなる。その結果、出射光のビーム品質を更に高めることができる反面、増幅効率が低下する。したがって、直径Ｒ１は、上記の条件を満たす範囲内において、ビーム品質及び増幅効率の何れを重視するのかに応じて、適宜定めることができる。
　なお、ＬＰ０２、ＬＰ０１、ＬＰ１１、及びＬＰ２１の曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下と小さいことは、コアからクラッドに漏れ出すＬＰ０２、ＬＰ０１、ＬＰ１１、及びＬＰ２１が少ないことを意味する。したがって、この構成によれば、出射光の損失を抑制することができる、すなわち、出射光の高出力化を図ることができる。
　また、コアからクラッドに漏れ出した各モードは、クラッド内を伝搬し、接続点Ｐ１１などの融着点において反射され、戻り光としてＬＤ１２１～１２６に入射することがある。ＬＤ１２１～１２６に入射する戻り光の光量が多くなりすぎた場合、ＬＤ１２１～１２６の動作を不安定にする、あるいは、ＬＤ１２１～１２６の信頼性を低下させるなどの好ましくない影響をＬＤ１２１～１２６に与えることがある。ＬＰ０２、ＬＰ０１、ＬＰ１１、及びＬＰ２１の曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下と小さいことによって、コアからクラッドに漏れ出すＬＰ０２、ＬＰ０１、ＬＰ１１、及びＬＰ２１を抑制し、結果として、ＬＤ１２１～１２６が上述した好ましくない影響を受けることを避けることができる。
　ＬＰ０２、ＬＰ０１、ＬＰ１１、及びＬＰ２１の曲げ損失が大きいということは、出射光を構成するＬＰ０２、ＬＰ０１、ＬＰ１１、及びＬＰ２１の各モードがコアからクラッドへ漏洩することを意味し、出射光の損失が増大することを意味する。また、コアからクラッドへ漏洩したＬＰ０２、ＬＰ０１、ＬＰ１１、及びＬＰ２１の各モードは、クラッドを伝搬し、やがてＬＤ１２１～１２６に達し、ＬＤ１２１～１２６に好ましくない影響を与え得る。ＬＰ０２、ＬＰ０１、ＬＰ１１、及びＬＰ２１の曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下であることにより、出射光の損失を抑制し、且つ、ＬＤ１２１～１２６に与え得る好ましくない影響を軽減できる。
　出射光のビーム品質を高めるために、増幅用のファイバとしてコア径が小さい光ファイバ（例えばシングルモードファイバ（ＳＭＦ））を採用することも考えられる。しかし、このような構成を採用した場合、ビーム品質を高めることはできるものの、増幅効率を高めることが難しい。これは、ＳＭＦのコアを伝搬する基本モードがコアの中心近傍に強く分布していることに起因する。基本モードがコアの中心近傍に強く分布していることによって、ＳＭＦに入射した励起光のパワーうち、励起用光ファイバのコアの外周部近傍に位置する希土類イオンを励起した励起光のパワーは、信号光の増幅に寄与することができず、無駄に散逸する。
　ここで、ＭＭＦ１１は、規格化周波数Ｖが３．８３以上となるように構成されたＭＭＦであるため、ＳＭＦと比較した場合、大きなコア径を有する。ＭＭＦ１１がＳＭＦと比較して大きなコア径を有することによって、ＭＭＦ１１は、基本モードであるＬＰ０１に加えて所定の高次モード（ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２）を導波することができる。そのため、当該高次モードが励振されやすくなり、コアの中心部近傍に位置するＹｂ３＋イオンのみならず外周部近傍に位置するＹｂ３＋イオンも出射光の増幅に寄与しやすくなる。したがって、ＭＭＦ１１に入射された励起光のパワーのうちコアの外縁近傍に分布するＹｂ３＋イオンを励起するために使われた励起光のパワーが無駄に散逸することを抑制できる。したがって、ＭＭＦ１１は、出射光のビーム品質と増幅効率とを両立できる。
　また、ＭＭＦ１１の一部区間をコイル状に巻くことによりフィルタ部１１１を構成することによって、フィルタ部１１１の大きさを変えることなく、フィルタ部１１１を構成する区間の長さを任意に設定することができる。また、この構成によれば、光増幅器１０が長さの長いＭＭＦ１１を採用している場合であっても、ＭＭＦ１１をコンパクトに収納することができる。したがって、コンパクトな光増幅器１０及びコンパクトなファイバレーザ１を実現することができる。
　また、図１に示すように、フィルタ部１１１は、余剰部１１２の前段に配置されていることが好ましい。すなわち、ＭＭＦ１１の両端部のうち種光が入射される側の端部（接続点Ｐ１１側の端部）を入射端部として、フィルタ部１１１は、入射端部の近傍を含む一部区間をコイル状に巻くことにより構成されている、ことが好ましい。
　この構成によれば、ＭＭＦ１１に供給された種光が含む高次モードのうちＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２以外の高次モードを、ＭＭＦ１１のうち接続点Ｐ１１に比較的近い区間において除去することができる。したがって、余剰部１１２において、励起された状態の希土類イオンは、ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２の４つのモードのみを増幅する。したがって、ＬＰ３１やＬＰ１２などの高次モードを増幅することを防止できるので、増幅効率を更に高めることができる。
　〔ＭＭＦ１１の変形例〕
　本実施形態では、ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２のみが伝搬するように、且つ、ＬＰ０２の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるように直径Ｒ１を定めている。しかし、ビーム品質と増幅効率とを両立させつつも、ビーム品質を増幅効率よりも重視したい場合には、ＬＰ０１及びＬＰ１１のみが伝搬するように、且つ、ＬＰ１１の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるように直径Ｒ１を定めてもよい。なお、この場合には、ＭＭＦ１１は、規格化周波数Ｖが２．４０以上となるように構成されていればよい。
　なお、本変形例は、本実施形態に係るＭＭＦ１１のみならず、第２の実施形態に係るＭＭＦ２１及び第３の実施形態に係るＭＭＦ５１の何れにも適用可能である。
　（後方励起型が自然放出増幅光を抑制できる理由）
　なお、光増幅器１０を採用する後方励起型の構成は、前方励起型の構成と比較して、自然放出増幅光の発生を抑制することができることを記載した。その理由は、以下の通りである。
　後方励起型の構成を採用した場合、図１に示すように、信号光は、ＭＭＦ１１に対して接続点Ｐ１１から入射され、励起光は、ＭＭＦ１１に対して接続点Ｐ１２から入射される。ＭＭＦ１１が延伸されている方向に沿ってみた場合、すなわち、接続点Ｐ１１から接続点Ｐ１２に向かう方向、あるいは、接続点Ｐ１２から接続点Ｐ１１に向かう方向に沿ってみた場合、励起光のパワーは、接続点Ｐ１２において最も高く、接続点Ｐ１２から遠ざかるにしたがって減衰し、接続点Ｐ１１において最も低くなるように分布する。これは、接続点Ｐ１２から接続点Ｐ１１に向かってＭＭＦ１１内を伝搬するためである。ここで、励起光のエネルギーは、Ｙｂ３＋イオンに吸収される。その結果、Ｙｂ３＋イオンに蓄積させるエネルギーは、接続点Ｐ１２において最も高く、接続点Ｐ１２から遠ざかるにしたがって減衰し、接続点Ｐ１１において最も低くなるように分布する。
　一方、ＭＭＦ１１が延伸されている方向に沿ってみた場合、信号光のパワーは、接続点Ｐ１１において最も低く、接続点Ｐ１１から遠ざかるにしたがって増幅され、接続点Ｐ１２において最も高くなるように分布する。接続点Ｐ１１から接続点Ｐ１２に向かってＭＭＦ１１内を伝搬するにしたがって、信号光のパワーは、Ｙｂ３＋イオンに蓄積されたエネルギーによって増幅されるためである。
　以上のように、ＭＭＦ１１が延伸されている方向に沿ってみた場合、Ｙｂ３＋イオンに蓄積させるエネルギーの分布と、信号光のパワーの分布とは、同じ傾向を有する。したがって、後方励起型の構成において、Ｙｂ３＋イオンに残存するエネルギーは、ＭＭＦ１１が延伸されている方向に沿ってみた場合、均一になる傾向がある。すなわち、Ｙｂ３＋イオンに残存するエネルギーが局所的に高くなることを抑制することができるため、自然放出増幅光の発生を抑制することができる。
　一方、前方励起型の構成を採用した場合、信号光及び励起光は、ＭＭＦ１１に対して、何れも同じ接続点から入射される。図１に示した光増幅器１０が前方励起型の構成を採用していたと仮定した場合、信号光及び励起光の大部分は、接続点Ｐ１１からＭＭＦ１１に入射される。したがって、励起光のパワーは、接続点Ｐ１１において最も高く、接続点Ｐ１１から遠ざかるにしたがって減衰し、接続点Ｐ１２において最も低くなるように分布する。その結果、Ｙｂ３＋イオンに蓄積させるエネルギーは、接続点Ｐ１１において最も高く、接続点Ｐ１１から遠ざかるにしたがって減衰し、接続点Ｐ１２において最も低くなるように分布する。
　一方、信号光のパワーは、接続点Ｐ１１において最も低く、接続点Ｐ１１から遠ざかるにしたがって増幅され、接続点Ｐ１２において最も高くなるように分布する。
　以上のように、ＭＭＦ１１が延伸されている方向に沿ってみた場合、Ｙｂ３＋イオンに蓄積させるエネルギーの分布と、信号光のパワーの分布とは、逆の傾向を有する。したがって、前方励起型の構成において、Ｙｂ３＋イオンに残存するエネルギーは、接続点Ｐ１１において最も高く、接続点Ｐ１１から遠ざかるほど低くなる。その結果、接続点Ｐ１１の近傍において自然放出増幅光の発生が大きくなる。
　〔第１の実施例〕
　本発明の第１の実施例であるＭＭＦ１１について図６を参照して説明する。図６は、本実施例のＭＭＦ１１の曲げ直径を変化させることによって得られた、伝搬する各モードの曲げ損失を示すグラフである。
　本実施例では、ＭＭＦ１１のコア半径ａとして１３．５μｍを採用し、コアの屈折率ｎｃｏとして１．４５１を採用し、クラッドの外径として２５０μｍを採用し、クラッドの屈折率ｎｃｌとして１．４４９を採用した。したがって、ＭＭＦ１１の規格化周波数Ｖは、５．９８である。
　また、ＭＭＦ１１の全長として１０ｍを採用し、フィルタ部１１１の長さとして１ｍを採用した。
　図６に示す曲げ損失は、このように構成されたＭＭＦ１１を用いて計算した。図６に基づけば、フィルタ部１１１の直径Ｒ１を１７４ｍｍ以上２６４ｍｍ未満に設定することによって、ＭＭＦ１１の内部をＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２のみが伝搬するように、且つ、ＬＰ０２の曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるようにＭＭＦ１１を構成することができる。
　また、図６に基づけば、フィルタ部１１１の直径Ｒ１を７９ｍｍ以上１０２ｍｍ未満に設定することによって、ＭＭＦ１１の内部をＬＰ０１及びＬＰ１１のみが伝搬するように、且つ、ＬＰ１１の曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるようにＭＭＦ１１を構成することができる。
　なお、本実施形態ではＭＯＰＡ（Master Oscillator - Power Amplifier）型のファイバレーザ１を用いてＭＭＦ１１について説明した。しかし、ＭＭＦ１１を適用するファイバレーザは、ＭＯＰＡ型に限定されるものではなく、共振器型のファイバレーザであってもよい。
　〔第２の実施例〕
　本発明の第２の実施例であるＭＭＦ１１について図７を参照して説明する。図７は、本実施例のＭＭＦ１１の曲げ直径を変化させることによって得られた、伝搬する各モードの曲げ損失を示すグラフである。
　本実施例では、ＭＭＦ１１のコア半径ａとして１２．５μｍを採用し、コアの屈折率ｎｃｏとして１．４５１を採用し、クラッドの外径として２５０μｍを採用し、クラッドの屈折率ｎｃｌとして１．４４９を採用した。したがって、ＭＭＦ１１の規格化周波数Ｖは、５．１２である。
　また、ＭＭＦ１１の全長として１０ｍを採用し、フィルタ部１１１の長さとして１ｍを採用した。
　図７に示す曲げ損失は、このように構成されたＭＭＦ１１を用いて計算した。図７に基づけば、フィルタ部１１１の直径Ｒ１を１１１ｍｍ以上１９２ｍｍ未満に設定することによって、ＭＭＦ１１の内部をＬＰ０１及びＬＰ１１のみが伝搬するように、且つ、ＬＰ１１の曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるようにＭＭＦ１１を構成することができる。
　〔第２の実施形態〕
　本発明の第２の実施形態に係るマルチモードファイバ（Multi-Mode Fiber：ＭＭＦ）について、図８を参照して説明する。図８は、本実施形態に係るＭＭＦ２１を備えた種光光源２０の構成を示すブロック図である。
　種光光源２０は、第１の実施形態において説明したファイバレーザ１の一部を構成し、光増幅器１０に対して種光を供給する。なお、種光光源２０は、請求の範囲に記載の光増幅器の一態様である。
　図８に示すように、種光光源２０は、ＭＭＦ２１と、励起光源群２２と、光ファイバ群２３と、コンバイナ２４と、ファイバグレーティング（Fiber Bragg Grating：ＦＢＧ）２５，２６と、光ファイバ２７とを備えている。励起光源群２２は、複数の励起光源であるＬＤ（レーザダイオード）２２１～２２７からなる。光ファイバ群２３は、複数の光ファイバ２３１～２３７からなる。
　ＭＭＦ２１は、ＭＭＦ１１と同様に、コアとクラッドとを備えたステップインデックス型の光ファイバであって、そのコアに励起物質として働く希土類イオン（本実施形態では、ＹＢ３＋イオン）が添加された光ファイバである。ＭＭＦ２１は、基本モードであるＬＰ０１に加えて少なくとも１つの高次モードを伝搬することができるマルチモードファイバである。ＭＭＦ２１の一方の端部は、接続点Ｐ２２においてコンバイナ２４の他方の端部に融着されている。ＭＭＦ２１の一方の端部のことを入射端部と称し、ＭＭＦ２１の他方の端部のことを出射端部と称する。
　ＭＭＦ２１の出射端部は、接続点Ｐ２３において、光ファイバ２７の一方の端部に融着されている。光ファイバ２７の他方の端部は、図１に示すように、接続点Ｐ１１において光増幅器１０に融着されている。
　光ファイバ２３１の一方の端部は、ＬＤ２２１と光学的に結合されており、光ファイバ２３１の他方の端部は、接続点Ｐ２１においてコンバイナ２４の一方の端部に融着されている。同様に、光ファイバ２３２～２３７の各々の一方の端部は、それぞれ、ＬＤ２２２～２２７の各々と光学的に結合されている。また、光ファイバ２３２～２３７の各々の他方の端部は、何れも、接続点Ｐ２１においてコンバイナ２４の一方の端部に融着されている。このように、種光光源２０は、前方励起型の配置を採用している。ただし、本発明の一態様に係る種光光源は、前方励起型の配置に限定されるものではなく、後方励起型であってもよいし、双方向励起型であってもよい。
　このように構成された種光光源２０において、ＬＤ２２１～２２７が出射する励起光は、光ファイバ２３１～２３７及びコンバイナ２４を介してＭＭＦ２１の入射端部に供給される。ＭＭＦ２１に供給された励起光は、ＭＭＦ１１の場合と同様にコアに添加された多数の希土類イオンを励起する。
　励起状態に遷移した希土類イオンの電子は、やがて発光再結合する。いずれかの希土類イオンの発光再結合をトリガーとして、ＭＭＦ２１の内部では誘導放出が発生する。
　ＭＭＦ２１の接続点Ｐ２２とフィルタ部２１１との間には、ＦＢＧ２５が設けられている。同様に、ＭＭＦ２１の接続点Ｐ２３とフィルタ部２１１との間には、ＦＢＧ２６が設けられている。そのため、ＦＢＧ２５とＦＢＧ２６とにより挟まれたＭＭＦ２１は、共振器として働く。その結果、ＭＭＦ２１は、その出射端部からレーザ光である種光を出射する。
　本実施形態において、ＭＭＦ２１は、ＭＭＦ１１の場合と同様に規格化周波数Ｖが３．８３以上となるように定められている。ＭＭＦ２１は、ＭＭＦ２１の一部区間を屈曲することにより構成されたフィルタ部２１１を備えている点においてＭＭＦ１１と同じである。ただし、ＭＭＦ２１のフィルタ部２１１は、ＭＭＦ２１の入射端部の近傍からＭＭＦ２１の出射端部の近傍までの区間である中央区間をコイル状に巻くことにより構成されている点が、ＭＭＦ１１のフィルタ部１１１と異なる（図８参照）。なお、ＭＭＦ２１においてフィルタ部２１１が設けられている中央区間は、図８に示すように、ＭＭＦ２１の一方の端部である入射端部の近傍から、ＭＭＦ２１の他方の端部である出射端部の近傍までの区間である。中央区間は、（１）ＭＭＦ２１のうち入射端部及び出射端部を含まない区間とも表現できるし、（２）図８に示すように、ＭＭＦ２１のうち、ＦＢＧ２５のＦＢＧ２６側の端部からＦＢＧ２６のＦＢＧ２５側の端部までの区間とも表現できる。この中央区間は、ＭＭＦ２１の一部を構成する一部区間を入射端部及び出射端部に向かって拡張し、入射端部の近傍及び出射端部の近傍を含むように構成することによって得られる。したがって、ＭＭＦ２１における中央区間の長さは、ＭＭＦにおける一部区間の長さと比較して長い。すなわち、空間的には、中央区間は、一部区間を包含する。一方、概念的には、中央区間は、一部区間に包含される。中央区間と一部区間とにおける空間的な包含関係及び概念的な包含関係は、図１に記載のＭＭＦ１１及び図９に記載のＭＭＦ５１においても同様である。
　フィルタ部２１１において、その直径Ｒ２１１は、一定に構成されている。したがって、フィルタ部２１１の最小直径及び最大直径は、何れも直径Ｒ２１１である。この直径Ｒ２１１は、ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２のみが伝搬するように、且つ、ＬＰ０２の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるように定められている。
　本実施形態のＭＭＦ２１は、図１に示したＭＭＦ１１と同様に、出射光のビーム品質を維持しつつ希土類イオンによる増幅効率を高めることができる。また、中間区間を全てコイル状に巻くことにより、余剰部１１２を備えていたＭＭＦ１１と比較して、更にコンパクト化することができる。
　〔第３の実施形態〕
　本発明の第３の実施形態に係るマルチモードファイバ（Multi-Mode Fiber：ＭＭＦ）について、図９を参照して説明する。図９は、本実施形態に係るＭＭＦ５１を備えた光増幅器５０の構成を示すブロック図である。
　光増幅器５０は、図１に示した光増幅器１０が備えているＭＭＦ１１をＭＭＦ５１に置換することにより得られる。すなわち、ＭＭＦ５１を除いて光増幅器５０は、光増幅器１０と同様に構成されている。
　具体的には、図９に示すように、光増幅器５０は、ＭＭＦ５１と、励起光源群５２と、光ファイバ群５３と、コンバイナ５４と、デリバリファイバ５５とを備えている。励起光源群５２は、複数の励起光源であるＬＤ（レーザダイオード）５２１～５２６からなる。光ファイバ群５３は、複数の光ファイバ５３１～５３６からなる。
　光増幅器５０が備えている励起光源群５２、光ファイバ群５３、コンバイナ５４、及びデリバリファイバ５５の各々は、光増幅器１０が備えている励起光源群１２、光ファイバ群１３、コンバイナ１４、及びデリバリファイバ１５の各々に対応する。よって、本実施形態では、ＭＭＦ５１についてのみ説明する。
　ＭＭＦ５１は、図８に示したＭＭＦ２１からＦＢＧ２５，２６を省略することによって得られる。すなわち、ＭＭＦ５１は、コアとクラッドとを備えたステップインデックス型の光ファイバであって、そのコアに励起物質として働く希土類イオン（本実施形態では、ＹＢ３＋イオン）が添加された光ファイバである。
　ＭＭＦ５１は、ＭＭＦ１１，２１の場合と同様に規格化周波数Ｖが３．８３以上となるように定められている。ＭＭＦ５１は、その一方の端部である入射端部（接続点Ｐ５２側の端部）の近傍から他方の端部である出射端部（接続点Ｐ５３側の端部）の近傍までの区間である中央区間を屈曲することにより構成されたフィルタ部５１１を備えている。フィルタ部５１１において、その直径Ｒ５１１は、一定に構成されている。したがって、フィルタ部５１１の最小直径及び最大直径は、何れも直径Ｒ５１１である。この直径Ｒ５１１は、ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２のみが伝搬するように、且つ、ＬＰ０２の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるように定められている。
　本実施形態のＭＭＦ５１は、図１に示したＭＭＦ１１と同様に、出射光のビーム品質を維持しつつ希土類イオンによる増幅効率を高めることができる。また、中間区間を全てコイル状に巻くことにより、余剰部１１２を備えていたＭＭＦ１１と比較して、更にコンパクト化することができる。
　〔まとめ〕
　本発明の一態様に係るマルチモードファイバ（１１，２１，５１）は、コアに希土類イオンが添加され且つ規格化周波数が２．４０以上であるマルチモードファイバ（１１，２１，５１）であって、当該マルチモードファイバ（１１，２１，５１）は、その一部区間又は全区間を屈曲することにより構成されたフィルタ部（１１１，２１１，５１１）を備え、当該フィルタ部（１１１，２１１，５１１）の最小直径は、（１）ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２の各モードのみが伝搬するように、又は、ＬＰ０１及びＬＰ１１の各モードのみが伝搬するように、且つ、（２）伝搬する前記各モードのうち最高次モードの損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるように、定められている、ことを特徴とする。
　上記の構成によれば、基本モードであるＬＰ０１モードに加えて、（１）ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２の各モード、又は、（２）ＬＰ１１がマルチモードファイバのコアを伝搬する。したがって、マルチモードファイバの増幅効率を高めることができる。また、高次モードのうち所定のモードのみを伝搬する構成を採用することによって、ビーム品質が必要以上に低下することを抑制できる。したがって、本マルチモードファイバは、出射光のビーム品質を維持しつつ希土類イオンによる増幅効率を高めることができる。
　本発明の一態様に係るマルチモードファイバ（１１，２１，５１）は、前記マルチモードファイバ（１１，２１，５１）は、前記規格化周波数が３．８３以上であり、前記フィルタ部（１１１，２１１，５１１）の最小直径は、ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２のみが伝搬するように、且つ、ＬＰ０２の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるように定められている、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、マルチモードファイバをＬＰ０１に加えてＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２が伝搬するため、マルチモードファイバをＬＰ０１及びＬＰ１１が伝搬する場合と比較して、増幅効率を高めることができる。したがって、出射光のビーム品質と増幅効率とを両立させつつも、増幅効率をより重視したい場合には、フィルタ部の最小直径をこのように構成してもよい。
　本発明の一態様に係るマルチモードファイバ（１１，２１，５１）において、前記フィルタ部（１１１，２１１，５１１）の最小直径は、ＬＰ０１及びＬＰ１１のみが伝搬するように、且つ、ＬＰ１１の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるように定められている、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、マルチモードファイバをＬＰ０１及びＬＰ１１のみが伝搬するため、ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２が伝搬する場合と比較して、ビーム品質を高めることができる。したがって、出射光のビーム品質と増幅効率とを両立させつつも、ビーム品質をより重視したい場合には、フィルタ部の最小直径をこのように構成してもよい。
　本発明の一態様に係るマルチモードファイバ（１１，２１，５１）において、前記フィルタ部（１１１，２１１，５１１）は、前記マルチモードファイバ（１１，２１，５１）の少なくとも一部区間をループ状又はコイル状に巻くことにより構成されている、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、フィルタ部の大きさを変えることなく、ループ状あるいはコイル状に巻く巻き数を変化させることによって、フィルタ部を構成する区間の長さを任意に設定することができる。
　本発明の一態様に係る光増幅器（１０，５０）は、上述した各態様のうち何れか一態様に係るマルチモードファイバ（１１，２１，５１）と、当該マルチモードファイバ（１１，２１，５１）に励起光を供給する１又は複数の励起光源（１２１～１２６，２２１～２２７，５２１～５２６）と、を備えている、ことを特徴とする。
　このように、上述した本発明の一態様に係るマルチモードファイバを備えた光増幅器も本発明の範疇に含まれる。本光増幅器は、上述した本発明の一態様に係るマルチモードファイバと同様の効果を奏する。
　本発明の一態様に係る光増幅器（１０，５０）において、前記マルチモードファイバ（１１，５１）の両端部のうち種光が入射される側の端部を入射端部として、前記フィルタ部（１１１，５１１）は、前記入射端部の近傍を含む一部区間をループ状又はコイル状に巻くことにより構成されている、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、マルチモードファイバの内部を伝搬する高次モードのうちＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２以外の高次モードをマルチモードファイバの前段において迅速に除去することができる。したがって、フィルタ部を除いたマルチモードファイバの後段において、励起された状態の希土類イオンは、ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２の４つのモードのみを増幅する。したがって、マルチモードファイバの後段においてＬＰ３１やＬＰ１２などの高次モードを増幅することを抑制できるので、本光増幅器は、増幅効率を更に高めることができる。
　本発明の一態様に係る光増幅器（５０）において、前記マルチモードファイバ（５１）の両端部のうち前記入射端部と逆側の端部を出射端部として、前記フィルタ部（５１１）は、前記マルチモードファイバ（５１）の前記入射端部の近傍から前記出射端部の近傍までの区間である中央区間をコイル状に巻くことにより構成されている、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、中間区間を全てコイル状に巻くことにより、光増幅器を更にコンパクト化することができる。
　本発明の一態様に係るファイバレーザ（１）は、上述した各態様のうち何れか一態様に係る光増幅器（１０，５０）と、前記マルチモードファイバ（１１，５１）に種光を供給する種光光源（２０）と、を備えている、ことを特徴とする。
　このように、上述した本発明の一態様に係る光増幅器を備えたファイバレーザも本発明の範疇に含まれる。本ファイバレーザは、上述した本発明の一態様に係る光増幅器と同様の効果を奏する。
　本発明の一態様に係るファイバレーザ（１）において、前記マルチモードファイバ（１１，２１，５１）の両端部のうち種光が入射される側の端部と逆側の端部を出射端部として、前記１又は複数の励起光源（１２１～１２６，２２１～２２７，５２１～５２６）は、前記出射端部に結合されている、構成を採用してもよい。
　本ファイバレーザは、自然放出増幅光の発生を抑制することができる。したがって、後方励起の配置を採用した場合であっても、複数の励起光源において生じ得る故障を抑制することができる。
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　１　ファイバレーザ
１０，５０　光増幅器
２０　種光光源
１１，２１，５１　マルチモードファイバ（ＭＭＦ）
１１１，２１１，５１１　フィルタ部
１１２　余剰部
１２，２２，５２　励起光源群
１２１～１２６，２２１～２２７，５２１～５２６　ＬＤ（励起光源）
１３，２３，５３　光ファイバ群
１３１～１３６，２３１～２３７，５３１～５３６　光ファイバ
１４，２４，５４　コンバイナ
１５，５５　デリバリファイバ
２５，２６　ファイバグレーティング（ＦＢＧ，Fiber Bragg Grating）
２７　光ファイバ
３０　ヘッド

Claims (9)

  1. 　コアに希土類イオンが添加され且つ規格化周波数が２．４０以上であるマルチモードファイバであって、
    　当該マルチモードファイバは、その一部区間又は全区間を屈曲することにより構成されたフィルタ部を備え、
    　当該フィルタ部の最小直径は、（１）ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２の各モードのみが伝搬するように、又は、ＬＰ０１及びＬＰ１１の各モードのみが伝搬するように、且つ、（２）伝搬する前記各モードのうち最高次モードの損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるように、定められている、
    ことを特徴とするマルチモードファイバ。
  2. 　前記マルチモードファイバは、前記規格化周波数が３．８３以上であり、
    　前記フィルタ部の最小直径は、ＬＰ０１、ＬＰ１１、ＬＰ２１、及びＬＰ０２のみが伝搬するように、且つ、ＬＰ０２の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるように定められている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のマルチモードファイバ。
  3. 　前記フィルタ部の最小直径は、ＬＰ０１及びＬＰ１１のみが伝搬するように、且つ、ＬＰ１１の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下となるように定められている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のマルチモードファイバ。
  4. 　前記フィルタ部は、前記マルチモードファイバの少なくとも一部区間をループ状又はコイル状に巻くことにより構成されている、
    ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載のマルチモードファイバ。
  5. 　請求項１～４の何れか１項に記載のマルチモードファイバと、
    　当該マルチモードファイバに励起光を供給する１又は複数の励起光源と、を備えている、
    ことを特徴とする光増幅器。
  6. 　前記マルチモードファイバの両端部のうち種光が入射される側の端部を入射端部として、
    　前記フィルタ部は、前記入射端部の近傍を含む一部区間をループ状又はコイル状に巻くことにより構成されている、
    ことを特徴とする請求項５に記載の光増幅器。
  7. 　前記マルチモードファイバの両端部のうち前記入射端部と逆側の端部を出射端部として、
    　前記フィルタ部は、前記マルチモードファイバの前記入射端部の近傍から前記出射端部の近傍までの区間である中央区間をコイル状に巻くことにより構成されている、
    ことを特徴とする請求項６に記載の光増幅器。
  8. 　請求項５～７の何れか１項に記載の光増幅器と、
    　前記マルチモードファイバに種光を供給する種光光源と、を備えている、
    ことを特徴とするファイバレーザ。
  9. 　前記マルチモードファイバの両端部のうち種光が入射される側の端部と逆側の端部を出射端部として、
    　前記１又は複数の励起光源は、前記出射端部に結合されている、
    ことを特徴とする請求項８に記載のファイバレーザ。
     
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