WO2020170560A1 - フィルタ装置、レーザ装置 - Google Patents

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研介 島
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株式会社フジクラ
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Definitions

  • the present invention relates to a filter device and a laser device capable of suppressing local heat generation.
  • the power of the light emitted from the fiber laser device increases, and the power density of the light propagating in the optical fiber increases, which may cause Stokes light due to Stimulated Raman Scattering (SRS).
  • SRS Stimulated Raman Scattering
  • the following patent document 1 describes a fiber laser device provided with a plurality of slant type FBGs (Fiber Bragg Gratings).
  • FBGs Fiber Bragg Gratings
  • Stokes light is reflected to the outside of the core by each FBG.
  • the FBG has a configuration in which a plurality of high refractive index portions having a higher refractive index than the core other than the portion where the FBG is provided and a plurality of low refractive index portions having the same refractive index as the core are alternately formed. ..
  • the boundary surface between the high refractive index portion and the low refractive index portion is provided so as to be orthogonal to the longitudinal direction of the core.
  • At least a part of the light is reflected in the direction opposite to the direction of incidence on the FBG.
  • a part of the light having a wavelength of ⁇ 2n eff ⁇ which is incident on the FBG is reflected in a direction at a predetermined angle with respect to the direction opposite to the direction incident on the FBG. This angle increases as the difference between ⁇ and 2n eff ⁇ increases.
  • an FBG is provided in which the signal light is transmitted and the Stokes light of stimulated Raman scattering generated from this signal light is reflected in the direction opposite to the direction in which the FBG is incident, and the propagation direction of the signal light is larger than that of the FBG.
  • the wavelength of the signal light is shorter than the wavelength of the Stokes light, it is found that part of the signal light is reflected in a direction at a predetermined angle with respect to the direction opposite to the direction incident on the FBG.
  • an object of the present invention is to provide a filter device and a laser device capable of suppressing local heat generation.
  • the filter device of the present invention is an optical fiber that propagates light of a predetermined wavelength in a multimode, and a higher mode than a predetermined mode of the multimode light that propagates in the optical fiber.
  • a high order mode filter that removes at least a part of light; and a fiber Bragg grating (FBG) that transmits light of the predetermined wavelength and reflects light of a specific wavelength longer than the predetermined wavelength. It is a feature.
  • a filter device According to such a filter device, light of a specific wavelength is transmitted and light of a specific wavelength that is longer than the light of the specific wavelength is suppressed, so that light of a specific wavelength is propagated before the filter device. Can be suppressed.
  • a part of the light of the predetermined wavelength shorter than the specific wavelength is in the opposite direction to the direction of incidence on the FBG. The light is reflected at a predetermined angle with respect to the direction. Further, the light confining power of the core is weaker in the higher order mode light.
  • the higher-order mode light is more likely to be the cladding mode light. Therefore, in the above filter device, by propagating the light of the predetermined wavelength from the high-order mode filter to the FBG, before the light of the predetermined wavelength is incident on the FBG, a predetermined mode of the light of the predetermined wavelength is obtained in the high-order mode filter. At least some of the higher order modes of light can be removed in advance. For this reason, the power of the light of the higher-order mode of the light incident on the FBG is suppressed.
  • the filter device of the present invention even when the light reflected by the FBG becomes clad mode light, the power thereof can be suppressed and local heat generation can be suppressed.
  • the FBG may be a slant type.
  • the light of the specific wavelength reflected by the FBG can be emitted in the specific direction based on the inclination of the FBG. Therefore, it is possible to prevent unnecessary light from returning to the core.
  • the high-order mode filter includes a section in which the optical fiber is bent with a predetermined diameter.
  • the high-order mode filter can be formed with a simple structure.
  • the higher-order mode filter may remove light in a higher-order mode than the LP 11 mode.
  • the power of the LP 02 mode light, the LP 21 mode light, and the light of higher modes can be suppressed, and the beam quality can be improved.
  • the higher-order mode filter may remove light in a higher-order mode than the LP 01 mode.
  • the power of light in the LP 11 mode or higher can be suppressed, and the beam quality can be further improved.
  • the light of the specific wavelength is Stokes light of the light of the predetermined wavelength.
  • the filter device includes a pair of the higher-order mode filters, and the FBG is sandwiched by the pair of the higher-order mode filters.
  • the power of the light of a mode higher than the predetermined mode in the light of the predetermined wavelength propagating from one side of the FBG to the FBG and the predetermined mode of the light of the predetermined wavelength propagating from the other side of the FBG to the FBG The power of light in higher modes can be suppressed. Therefore, no matter which side of the FBG one side and the other side propagates the light of the predetermined wavelength to the FBG, the power of the cladding mode light due to the reflection of a part of the light of the predetermined wavelength by the FBG is suppressed. It is possible to suppress local heat generation.
  • a laser device of the present invention includes the filter device according to any one of the above, and a light source that emits light of the predetermined wavelength, and the optical fiber emits from the light source.
  • the FBG propagates light, transmits the light of the predetermined wavelength that is emitted from the light source and passes through the higher-order mode filter, and reflects the light of the specific wavelength.
  • a laser device In such a laser device, light of a predetermined wavelength emitted from a light source propagates through the optical fiber in multimode, but the power of the higher-order mode light than the predetermined mode is suppressed in the higher-order mode filter. In this way, the light of which the power of the higher order mode than the predetermined mode is suppressed is transmitted through the FBG. At this time, a part of the light of the predetermined wavelength may be reflected in a direction of a predetermined angle with respect to the direction directly opposite to the direction of incidence on the FBG. The power of light in the next mode is suppressed. Therefore, according to the laser device of the present invention, local heat generation can be suppressed.
  • the present invention provides a filter device and a laser device capable of suppressing local heat generation.
  • FIG. 1 is a diagram showing a laser device according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the laser device 1 of this embodiment includes a light source LS and a filter device FL.
  • the light source LS includes a pumping light source 20 that emits pumping light, an amplification optical fiber 13 to which the excitation light emitted from the pumping light source 20 is incident, and an active element that is excited by the excitation light is added, and the amplification optical fiber 13.
  • the high reflectance FBG 31 provided in the optical fiber 12 the combiner 10 for making pumping light incident on the optical fiber 12, and the other end of the amplification optical fiber 13.
  • the optical fiber 14 and the low reflectance FBG 32 provided in the optical fiber 14 are provided as main components.
  • the amplification optical fiber 13, the high reflectance FBG 31, and the low reflectance FBG 32 constitute a resonator, and the light source LS of the present embodiment is a resonator type fiber laser device.
  • the excitation light source 20 is composed of a plurality of laser diodes 21, and emits excitation light of a wavelength that excites the active element added to the amplification optical fiber 13.
  • Each laser diode 21 of the excitation light source 20 is connected to the optical fiber 25 for excitation light.
  • the light emitted from the laser diode 21 propagates through the excitation light optical fiber 25 that is optically connected to each laser diode 21.
  • the pumping light optical fiber 25 may be, for example, a multimode fiber. In this case, the pumping light propagates through the pumping light optical fiber 25 as multimode light.
  • the wavelength of the excitation light is set to 915 nm, for example.
  • the amplification optical fiber 13 includes a core, an inner clad that surrounds the outer peripheral surface of the core without a gap, an outer clad that covers the outer peripheral surface of the inner clad, and a coating layer that covers the outer peripheral surface of the outer clad. ..
  • an element such as germanium that raises the refractive index and an active element such as ytterbium (Yb) that is excited by the light emitted from the excitation light source 20 are added. Quartz is an example. Examples of such active elements include rare earth elements.
  • rare earth elements examples include thulium (Tm), cerium (Ce), neodymium (Nd), europium (Eu), and erbium (Er) in addition to ytterbium. Can be mentioned. Further, as the active element, bismuth (Bi) or the like can be cited in addition to the rare earth element.
  • the material forming the inner cladding of the amplification optical fiber 13 is, for example, pure quartz to which no dopant is added, or quartz to which an element that lowers the refractive index such as fluorine is added.
  • Examples of the material forming the outer cladding of the amplification optical fiber 13 include a resin having a lower refractive index than that of the inner cladding, and quartz to which an element that lowers the refractive index such as fluorine is added. Further, as a material forming the coating layer of the amplification optical fiber 13, for example, an ultraviolet curable resin different from the resin forming the outer clad can be mentioned.
  • the amplification optical fiber 13 is a multimode fiber, and propagates, for example, 2 to 10 LP mode light.
  • the optical fiber 12 is connected to one end of the amplification optical fiber 13, and the core of the amplification optical fiber 13 and the core of the optical fiber 12 are optically coupled to each other, and the inner clad of the amplification optical fiber 13 and the optical fiber 12 are optically coupled to each other.
  • the inner cladding of the fiber 12 is optically coupled.
  • the optical fiber 12 has the same configuration as the amplification optical fiber 13 except that the active element is not added to the core. Therefore, the optical fiber 12 is a multimode fiber.
  • the high reflectance FBG 31 is provided in the core of the optical fiber 12.
  • the high reflectance FBG 31 is provided on one end side of the amplification optical fiber 13.
  • the high-reflectance FBG 31 is configured by repeating a portion where the refractive index increases at a constant cycle along the longitudinal direction of the optical fiber 12. By adjusting this period, the high reflectance FBG 31 reflects the light of the specific wavelength among the lights emitted by the active elements of the amplification optical fiber 13 in the excited state.
  • the active element added to the amplification optical fiber 13 is ytterbium
  • the high reflectance FBG 31 reflects light with a wavelength of 1070 nm with a reflectance of 99% or more, for example.
  • the core of the pumping light optical fiber 25 is connected to the inner cladding of the optical fiber 12.
  • the pumping light optical fiber 25 connected to the pumping light source 20 and the inner cladding of the amplification optical fiber 13 are optically coupled via the inner cladding of the optical fiber 12.
  • the optical fiber 11 is connected to the optical fiber 12.
  • the optical fiber 11 is, for example, an optical fiber having a core having the same diameter as the core of the optical fiber 12.
  • One end of the optical fiber 11 is connected to the optical fiber 12, and the core of the optical fiber 11 and the core of the optical fiber 12 are optically coupled.
  • a heat conversion section E is connected to the side of the optical fiber 11 opposite to the combiner 10 side.
  • the optical fiber 14 is connected to the other end of the amplification optical fiber 13, and the core of the amplification optical fiber 13 and the core of the optical fiber 14 are optically coupled.
  • the optical fiber 14 has the same configuration as the core similar to the core of the amplification optical fiber 13 except that the active element is not added, and the inner cladding of the amplification optical fiber 13 that surrounds the outer peripheral surface of the core without a gap. And a coating layer that covers the outer peripheral surface of the cladding. Therefore, the optical fiber 14 is a multimode fiber.
  • the low reflectance FBG 32 is provided in the core of the optical fiber 14.
  • the low reflectance FBG 32 is provided on the other end side of the amplification optical fiber 13.
  • the low-reflectance FBG 32 has a portion in which the refractive index increases at a constant cycle along the longitudinal direction of the optical fiber 14, and the high-reflectance FBG 31 highly reflects at least part of the wavelength of the light reflected. It is configured to reflect at a reflectance lower than the rate FBG31.
  • the low reflectance FBG 32 is configured to reflect light having the same wavelength as the light reflected by the high reflectance FBG 31 with a reflectance of 50%, for example.
  • the high reflectance FBG 31 reflects the light having the wavelength of 1070 nm as described above, part of the light having the wavelength is transmitted through the low reflectance FBG 32, and the transmitted light is emitted from the optical fiber 14.
  • This light is multimode light, and the wavelength of this light is equal to the wavelength of light that resonates in the resonator formed of the amplification optical fiber 13, the high reflectance FBG 31 and the low reflectance FBG 32.
  • this light may be referred to as signal light.
  • An optical fiber 40 is connected to the opposite side of the optical fiber 14 from the amplification optical fiber 13 side.
  • the optical fiber 40 is a delivery fiber that propagates the signal light emitted from the light source LS. That is, in the present embodiment, the light source LS extends to at least the portion of the optical fiber 14 that includes the low reflectance FBG32.
  • the filter device FL mainly includes an optical fiber 40, a first higher-order mode filter 41, an FBG 45, and a second higher-order mode filter 42.
  • the configuration of the optical fiber 40 connected to the light source LS is similar to that of the optical fiber 14. Therefore, the optical fiber 40 is a multi-mode fiber, and a core similar to the core of the amplification optical fiber 13 except that an active element is not added and the outer peripheral surface of the core are surrounded without any gap, and the amplification optical fiber is It is composed of a clad having the same structure as the inner clad 13 and a coating layer for covering the outer peripheral surface of the clad. In addition, a part of the optical fiber 14 may be the optical fiber 40 by extending the optical fiber 14.
  • a first high-order mode filter 41 is provided on the light source LS side of the optical fiber 40.
  • the first higher-order mode filter 41 removes at least a part of light of a higher-order mode than a predetermined mode in the multi-mode signal light propagating through the optical fiber 40.
  • the first higher-order mode filter 41 removes light of a higher-order mode than the LP 11 mode of the multi-mode signal light propagating through the optical fiber 40, for example.
  • the LP 01 mode light and the LP 11 mode light propagate through the optical fiber 40 on the side opposite to the light source LS side with respect to the first higher-order mode filter 41, and the LP 21 mode light and the LP 02 mode light are transmitted. , And higher-order mode light propagation is suppressed.
  • the first higher-order mode filter 41 removes light of a higher-order mode than the LP 01 mode of the multi-mode signal light propagating through the optical fiber 40.
  • the LP 01 mode light propagates through the optical fiber 40, and the LP 11 mode light and the higher order mode light propagate. Suppressed.
  • the high-order mode light removed by the first high-order mode filter is not limited to the above example.
  • the first higher-order mode filter 41 is composed of a section in which the optical fiber 40 is bent with a predetermined diameter.
  • the wavelength of the signal light emitted from the light source LS is 1070 nm as described above, for example, the core diameter of the optical fiber 40 is 28 ⁇ m, the relative refractive index difference with respect to the clad of the core is 0.12%, and the core
  • the first higher-order mode filter 41 is composed of a section in which the optical fiber 40 is bent with a diameter of 100 mm so as to remove light of higher-order modes than the LP 11 mode of the multi-mode signal light propagating through the optical fiber 40.
  • the first higher-order mode filter 41 is composed of a section in which the optical fiber 40 is bent with a diameter of 80 mm.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing the FBG 45.
  • a high refractive index portion 45H having a refractive index higher than that of the core 46 surrounded by the cladding 47 of the optical fiber 40 and a low refractive index portion 45L having a refractive index equal to that of the core 46 are alternately repeated.
  • the configuration is Note that in FIG. 2, the number of the high-refractive-index portions 45H and the low-refractive-index portions 45L is less than the actual FBG in order to avoid complication of the drawing.
  • the FBG 45 of this example is provided so that the boundary surface between the high refractive index portion 45H and the low refractive index portion 45L is orthogonal to the longitudinal direction of the core 46.
  • the FBG 45 transmits light having a predetermined wavelength, which is emitted from the light source LS and propagates through the optical fiber 40, and reflects light having a specific wavelength, which is longer than the predetermined wavelength, toward the light source LS.
  • the signal light emitted from the light source LS of the FBG 45 is the light of the predetermined wavelength
  • the Stokes light by stimulated Raman scattering of the signal light is the light of the specific wavelength. Therefore, the FBG 45 transmits the signal light and reflects the Stokes light generated from the signal light in the direction opposite to the propagation direction of the Stokes light incident on the FBG 45. Therefore, the FBG 45 reflects the Stokes light toward the light source LS.
  • the boundary surface between the high refractive index portion 45H and the low refractive index portion 45L is perpendicular to the longitudinal direction of the core.
  • the pitch of the FBG 45 is ⁇
  • the wavelength of the light reflected by the FBG 45 is ⁇ 1
  • a second high-order mode filter 42 is provided on the side of the optical fiber 40 opposite to the first high-order mode filter 41 side of the FBG 45. Therefore, the FBG 45 of this embodiment is sandwiched between the pair of higher-order mode filters.
  • the configuration of the second higher-order mode filter 42 is similar to that of the first higher-order mode filter 41.
  • a glass rod 48 thicker than the diameter of the core 46 is connected to the tip of the optical fiber 40. Therefore, the light emitted from the core 46 is emitted with its diameter expanded by the glass rod 48.
  • excitation light is emitted from each laser diode 21 of the excitation light source 20.
  • the excitation light emitted from the excitation light source 20 enters the inner cladding of the amplification optical fiber 13 from the excitation light optical fiber 25 through the inner cladding of the optical fiber 12.
  • the excitation light that has entered the inner cladding of the amplification optical fiber 13 mainly propagates through the inner cladding, and when passing through the core of the amplification optical fiber 13, excites the active element added to the core.
  • the active element in the excited state emits spontaneous emission light when returning to the ground state.
  • This spontaneously emitted light propagates through the core of the amplification optical fiber 13, part of the wavelength of light is reflected by the high reflectance FBG 31, and the light of the wavelength reflected by the low reflectance FBG 32 is reflected.
  • the light is reflected by the low reflectivity FBG 32 and reciprocates between the high reflectivity FBG 31 and the low reflectivity FBG 32, that is, in the resonator.
  • This light is amplified by stimulated emission when propagating through the core of the amplification optical fiber 13, and becomes a laser oscillation state. Then, a part of the amplified light passes through the low reflectance FBG 32 and is emitted from the optical fiber 14.
  • the optical fiber 14 is a multimode fiber, and multimode signal light is emitted from the light source LS.
  • the signal light emitted from the light source LS enters the optical fiber 40. Since the optical fiber 40 is a multimode fiber as described above, the signal light propagates in the optical fiber 40 in multimode. When the signal light propagates through the first higher-order mode filter 41, light in a higher-order mode than a predetermined mode leaks from the core 46 and is removed. As described above, if the first higher-order mode filter 41 removes the light of the higher-order mode than the LP 11 mode in the multi-mode signal light propagating through the optical fiber 40, the optical fiber 40 is moved to the first high-order mode.
  • the LP 01 mode light and the LP 11 mode light propagate from the next mode filter 41 to the FBG 45, and the propagation of the LP 21 mode light, the LP 02 mode light, and the higher order mode light is suppressed. To be done. Further, as described above, if the first higher-order mode filter 41 removes the light of the higher-order mode than the LP 01 mode among the multi-mode signal light propagating in the optical fiber 40, The LP 01 mode light propagates through the optical fiber 40 from the 1st higher order mode filter 41 toward the FBG 45, and the propagation of the LP 11 mode light and the higher order mode light is suppressed.
  • the signal light When the signal light enters the FBG 45, the signal light passes through the FBG 45.
  • the signal light that passes through the FBG 45 propagates through the second higher-order mode filter 42.
  • Light of a mode higher than a predetermined mode out of the signal light is removed by the first high-order mode filter 41. Therefore, in the second higher-order mode filter 42, light of a higher-order mode than the predetermined mode that cannot be completely removed by the first higher-order mode filter 41, or a predetermined light excited after passing through the first higher-order mode filter 41.
  • the light of the higher order mode than the above mode is removed. Therefore, the beam quality of the signal light transmitted through the second higher-order mode filter 42 is further improved.
  • the light that has passed through the second higher-order mode filter 42 enters the glass rod 48, has its diameter expanded, and exits as outgoing light.
  • the emitted light is applied to the processed body or the like.
  • the FBG 45 reflects the Stokes light in the direction opposite to the propagation direction of the Stokes light incident on the FBG 45. Therefore, when the Stokes light generated between the light source LS and the FBG 45 enters the FBG 45, the Stokes light reflected by the FBG 45 propagates through the core 46 toward the light source LS. When the Stokes light generated between the FBG 45 and the glass rod 48 enters the FBG 45, the Stokes light reflected by the FBG 45 propagates through the core 46 toward the glass rod 48.
  • the FBG 45 that reflects the Stokes light as described above reflects a part of the signal light having a shorter wavelength than the Stokes light in a direction oblique to the longitudinal direction of the core 46.
  • the return light has the same wavelength as the signal light, so the FBG 45 A part of this return light is reflected in a direction oblique to the longitudinal direction of the core 46.
  • the light confining power of the core is weaker in the higher order mode light.
  • a step index type optical fiber having a V value of 6.0 is assumed.
  • the V value is called a normalized frequency and is represented by the following formula.
  • a is the radius of the core of the optical fiber
  • ⁇ is the wavelength of the light propagating in the optical fiber
  • n 1 is the refractive index of the core of the optical fiber
  • n 0 is the optical fiber. It is the refractive index of the clad.
  • the modes of light that can propagate through the core are LP 01 mode, LP 11 mode, LP 21 mode, LP 02 mode, in order from the lowest mode order.
  • the confinement ratio of light in each mode to the core is 98% in the LP 01 mode, 95% in the LP 11 mode, 90% in the LP 21 mode, 88% in the LP 02 mode, and LP It is 83% in 31 mode and 67% in LP 12 mode. In this way, the higher the mode light, the smaller the confining force of the core and the more likely it is to leak from the core.
  • the higher order mode light is more likely to propagate to the clad and become clad mode light.
  • the light of a mode higher than a predetermined mode is removed by the first high-order mode filter 41. Therefore, as compared with the case where the light of a higher-order mode than the predetermined mode is not removed by the first higher-order mode filter 41, the signal light reflected by the FBG 45 in a direction oblique to the longitudinal direction of the core 46 is clad. Mode light is suppressed.
  • the second higher-order mode filter 42 when the return light having the same wavelength as the signal light passes through the second higher-order mode filter 42, the light of the higher order mode than the predetermined mode is removed. In this state, the return light that has passed through the second higher-order mode filter 42 passes through the FBG 45. Here, as described above, a part of the return light is reflected by the FBG 45 in a direction oblique to the longitudinal direction of the core 46. However, in the present embodiment, in the second higher-order mode filter 42, the light in the higher order mode than the predetermined mode is removed from the return light.
  • the signal light reflected by the FBG 45 in a direction oblique to the longitudinal direction of the core 46 is clad as compared with the case where the light of a higher mode than a predetermined mode is not removed by the second higher mode filter 42. Mode light is suppressed.
  • the filter device FL of the present embodiment even when the light reflected by the FBG 45 becomes the cladding mode light, its power can be suppressed and local heat generation can be suppressed.
  • first high-order mode filter 41 and the second high-order mode filter 42 of the present embodiment consist of sections in which the optical fiber 40 is bent with a predetermined diameter. Therefore, the first high-order mode filter 41 and the second high-order mode filter 42 can be formed with a simple structure.
  • the FBG 45 is sandwiched by a pair of high-order mode filters including a first high-order mode filter 41 and a second high-order mode filter 42. Therefore, it is possible to suppress the power of light of a mode higher than a predetermined mode of the signal light propagating to the FBG 45 and the power of light of a mode higher than a predetermined mode of the return light propagating to the FBG 45. Therefore, it is possible to suppress the power of the clad mode light due to the reflection of part of the signal light and the return light entering the FBG 45 by the FBG 45, and it is possible to suppress local heat generation.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing another example of the FBG 45. Note that, in describing FIG. 3, configurations that are the same as or equivalent to those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and redundant description will be omitted unless otherwise specified. As shown in FIG. 3, the FBG 45 may be a slant FBG.
  • the slant FBG is an FBG in which the boundary surface between the high refractive index portion 45H and the low refractive index portion 45L is formed at a predetermined angle other than perpendicular to the longitudinal direction of the core 46.
  • this boundary surface is provided at 2.5 degrees with respect to the longitudinal direction of the core 46.
  • the reflected signal light is suppressed from becoming clad mode light.
  • the second higher-order mode filter 42 removes light of a higher-order mode than the predetermined mode in the return light, so that the FBG 45 moves in a direction oblique to the longitudinal direction of the core 46.
  • the reflected signal light is suppressed from becoming clad mode light.
  • the light source LS is described as an example in which the light source LS is a resonator type fiber laser device.
  • the present invention is not limited to this, and as long as the light source LS makes light of a predetermined wavelength incident on the optical fiber 40.
  • the light source LS may be an MO-PA (Master Oscillator Power Amplifier) type fiber laser device, a solid-state laser device such as a semiconductor laser device, or a gas laser device.
  • MO-PA Master Oscillator Power Amplifier
  • the filter device FL of the above embodiment is provided with the second higher-order mode filter 42
  • the second higher-order mode filter 42 is not essential.
  • the configuration of the second high-order mode filter 42 does not have to be the same as that of the first high-order mode filter 41.
  • the first high-order mode filter 41 may remove light in modes higher than the LP11 mode
  • the second high-order mode filter 42 may remove light in modes higher than the LP01 mode.
  • the configurations of the first higher-order mode filter 41 and the second higher-order mode filter 42 remove at least a part of light of a higher order mode than a predetermined mode among multimode light propagating in the optical fiber 40. Anything is fine. Therefore, the configurations of the first higher-order mode filter 41 and the second higher-order mode filter 42 may be different from those of the above-described embodiment, without being constituted by a section in which the optical fiber is bent with a predetermined diameter.
  • a filter device and a laser device capable of suppressing local heat generation are provided and can be used in various industries such as a laser processing field and a medical field.

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Abstract

フィルタ装置（ＦＬ）は、所定波長の光をマルチモードで伝搬させる光ファイバ（４０）と、光ファイバ（４０）を伝搬するマルチモードの光のうち所定のモードより高次のモードの光の少なくとも一部を除去する第１高次モードフィルタ（４１）と、所定波長の光を透過させ、所定波長より長波長である特定波長の光を反射するファイバブラッググレーティング（４５）と、を備える。

Description

フィルタ装置、レーザ装置
　本発明は、局所的な発熱を抑制し得るフィルタ装置、レーザ装置に関する。
　ファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高く、小さなビームスポットとなる光が得られることから、レーザ加工分野、医療分野等の様々な分野において用いられている。
　近年、ファイバレーザ装置から出射する光のパワーは大きくなり、光ファイバを伝搬する光のパワー密度が上がることで誘導ラマン散乱(ＳＲＳ：Stimulated Raman Scattering)によるストークス光が発生する場合がある。ストークス光が発生すると、ファイバレーザ装置から本来出射する光からストークス光にエネルギーが遷移し易くなり、光を増幅する機能を有しない光ファイバにおいてもストークス光のパワーが大きくなる傾向がある。従って、ストークス光が発生する場合、ストークス光のパワーが小さい状態でストークス光を除去することが好ましい。
　下記特許文献１には、複数のスラント型のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）が設けられたファイバレーザ装置が記載されている。このファイバレーザ装置では、それぞれのＦＢＧにより、ストークス光がコアの外に反射される。
米国特許出願公開第２０１６／０１１１８５１号明細書
　ＦＢＧは、ＦＢＧが設けられる部位以外におけるコアよりも屈折率の高い複数の高屈折率部と、当該コアと同等の屈折率である複数の低屈折率部とが交互に形成される構成を有する。一般的なＦＢＧでは、それぞれの高屈折率部と低屈折率部との境界面がコアの長手方向に対して直交するように設けられる。この場合、コアの実効屈折率をｎeffとし、コアの長手方向に沿ったＦＢＧの周期をΛとし、コアを伝搬する光の波長をλとすると、ＦＢＧに入射するλ＝２ｎeffΛの波長の光の少なくとも一部は、ＦＢＧに入射する方向と正反対の方向に反射される。高屈折率部の屈折率や数によっては、殆ど全てのλ＝２ｎeffΛの波長の光をＦＢＧに入射する方向と正反対の方向に反射することが可能である。また、ＦＢＧに入射するλ＜２ｎeffΛの波長の光の一部は、ＦＢＧに入射する方向と正反対の方向に対し所定の角度の方向に反射される。この角度は、λと２ｎeffΛとの差が大きい程大きくなる。
　ファイバレーザ装置において、信号光が透過し、この信号光から発生する誘導ラマン散乱のストークス光がＦＢＧに入射する方向と正反対の方向に反射されるＦＢＧを設けて、ＦＢＧよりも信号光の伝搬方向における下流側にストークス光が伝搬することを抑制しようとする場合がある。この場合に、信号光の波長がストークス光の波長より短いため、信号光の一部は、ＦＢＧに入射する方向と正反対の方向に対し所定の角度の方向に反射されるということが見出された。このように信号光の一部がＦＢＧに入射する方向と正反対の方向に対し所定の角度の方向に反射される現象は、ストークス光が光ファイバの長手方向に対して所定の角度で反射されるスラント型のＦＢＧでも生じる。このように所定の角度の方向に反射される信号光がコアのＮＡを超える場合、反射される信号光はクラッドに伝搬してクラッドモード光となる。通常の光ファイバのクラッドは樹脂から成る被覆層で被覆されているため、クラッドモード光は、クラッドの被覆層に吸収され熱になる。高出力ファイバレーザ装置等のように信号光のパワーが大きい場合、ＦＢＧで上記のように反射してクラッドモード光になる信号光の比率が小さくても、そのエネルギーは大きく、被覆層を損傷させる懸念がある。
　そこで、本発明は局所的な発熱を抑制し得るフィルタ装置及びレーザ装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明のフィルタ装置は、所定波長の光をマルチモードで伝搬させる光ファイバと、前記光ファイバを伝搬する前記マルチモードの光のうち所定のモードより高次のモードの光の少なくとも一部を除去する高次モードフィルタと、前記所定波長の光を透過させ、前記所定波長より長波長である特定波長の光を反射するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）と、を備えることを特徴とするものである。
　このようなフィルタ装置によれば、所定波長の光を透過させ、所定波長の光より長波長の特定波長の光の透過を抑制するため、特定波長の光がフィルタ装置より先に伝搬することを抑制し得る。ところで、上記のように所定波長より長波長の特定波長の光を反射するＦＢＧであっても、特定波長よりも短波長である所定波長の光の一部は、ＦＢＧに入射する方向と正反対の方向に対し所定の角度の方向に反射される。また、コアの光の閉じ込め力は、高次モードの光ほど弱い。従って、このように所定の角度の方向に反射された光のうち、高次モードの光ほどクラッドモード光になりやすい。そこで、上記フィルタ装置では、所定波長の光を高次モードフィルタからＦＢＧに伝搬させることで、ＦＢＧに所定波長の光が入射する前に、高次モードフィルタにおいて所定波長の光のうち所定のモードより高次のモードの光の少なくとも一部を予め除去することができる。このため、ＦＢＧに入射する光のうち高次モードの光のパワーが抑えられる。従って、ＦＢＧに入射する方向と正反対の方向に対し所定の角度の方向に反射される所定波長の光においても、クラッドモード光になりやすい高次モードの光のパワーが抑えられる。
　従って、本発明のフィルタ装置によれば、ＦＢＧで反射する光がクラッドモード光になる場合であっても、そのパワーを抑えることができ、局所的な発熱を抑制し得る。
　また、前記ＦＢＧは、スラント型であることとしてもよい。
　この場合、ＦＢＧで反射した特定波長の光を、ＦＢＧの傾きに基づいた特定の方向に出射することができる。従って、不要な光がコアを戻ることを抑制し得る。
　また、前記高次モードフィルタは、前記光ファイバが所定の直径で曲げられた区間からなることが好ましい。
　この場合、高次モードフィルタを簡易な構成で形成することができる。
　また、前記高次モードフィルタは、ＬＰ１１モードより高次のモードの光を除去することとしてもよい。
　このような構成とすることで、ＬＰ０２モードの光、ＬＰ２１モードの光、及びそれ以上のモードの光のパワーを抑えることができ、ビーム品質を向上させることができる。
　この場合、前記高次モードフィルタは、ＬＰ０１モードより高次のモードの光を除去することとしてもよい。
　このような構成とすることで、ＬＰ１１モード以上の光のパワーを抑えることができ、ビーム品質をより向上させることができる。
　また、前記特定波長の光は、前記所定波長の光のストークス光であることが好ましい。
　この場合、パワーの大きな所定波長の光を光ファイバに伝搬させる場合に、所定波長の光から生じるストークス光がフィルタ装置から先に伝搬することを抑制することができる。従って、例えば、レーザ装置の信号光のパワーが大きく、この信号光からストークス光が生じる場合等に有用である。
　また、フィルタ装置は、一対の前記高次モードフィルタを備え、前記ＦＢＧは、一対の前記高次モードフィルタで挟まれることが好ましい。
　この場合、ＦＢＧの一方側からＦＢＧに伝搬する所定波長の光における所定のモードより高次のモードの光のパワー、及び、ＦＢＧの他方側からＦＢＧに伝搬する所定波長の光における所定のモードより高次のモードの光のパワーを抑えることができる。従って、ＦＢＧの一方側及び他方側のどちら側からＦＢＧに所定波長の光が伝搬する場合であっても、所定波長の光の一部がＦＢＧで反射されることによるクラッドモード光のパワーを抑えることができ、局所的な発熱を抑制し得る。
　また、上記課題を解決するため、本発明のレーザ装置は、上記のいずれかに記載のフィルタ装置と、前記所定波長の光を出射する光源と、を備え、前記光ファイバは前記光源から出射する光を伝搬し、前記ＦＢＧは、前記光源から出射し前記高次モードフィルタを透過する前記所定波長の光を透過させ、前記特定波長の光を反射することを特徴とするものである。
　このようなレーザ装置では、光源から出射する所定波長の光が光ファイバをマルチモードで伝搬するが、高次モードフィルタにおいて、所定のモードより高次のモードの光のパワーが抑えられる。このように所定のモードより高次のモードの光のパワーが抑えられた光がＦＢＧを透過する。このときに所定波長の光の一部が、ＦＢＧに入射する方向と正反対の方向に対し所定の角度の方向に反射される場合があるが、反射される光のうちクラッドモード光になりやすい高次モードの光のパワーが抑えられる。従って、本発明のレーザ装置によれば、局所的な発熱を抑制し得る。
　以上説明したように、本発明によれば、本発明は局所的な発熱を抑制し得るフィルタ装置及びレーザ装置が提供される。
本発明の実施形態におけるレーザ装置を示す図である。 ＦＢＧを示す概念図である。 ＦＢＧの他の例を示す概念図である。
　以下、本発明に係るフィルタ装置及びレーザ装置の好適な実施形態について、図面を参照しながらそれぞれ詳細に説明する。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。なお、以下で参照する図面では、理解を容易にするために、各部材の寸法を変えて示す場合がある。
　図１は、本実施形態にかかるレーザ装置を示す図である。図１に示すように、本実施形態のレーザ装置１は、光源ＬＳと、フィルタ装置ＦＬとを備える。
　光源ＬＳは、励起光を出射する励起光源２０と、励起光源２０から出射する励起光が入射し、励起光により励起される活性元素が添加される増幅用光ファイバ１３と、増幅用光ファイバ１３の一端に接続される光ファイバ１２と、光ファイバ１２に設けられる高反射率ＦＢＧ３１と、光ファイバ１２に励起光を入射するためのコンバイナ１０と、増幅用光ファイバ１３の他端に接続される光ファイバ１４と、光ファイバ１４に設けられる低反射率ＦＢＧ３２と、を主な構成として備える。増幅用光ファイバ１３と高反射率ＦＢＧ３１と低反射率ＦＢＧ３２とで共振器が構成され、本実施形態の光源ＬＳは共振器型のファイバレーザ装置とされる。
　励起光源２０は、複数のレーザダイオード２１から構成され、増幅用光ファイバ１３に添加される活性元素を励起する波長の励起光を出射する。励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１は、励起光用光ファイバ２５に接続されている。レーザダイオード２１から出射する光は、それぞれのレーザダイオード２１に光学的に接続される励起光用光ファイバ２５を伝搬する。励起光用光ファイバ２５としては、例えば、マルチモードファイバを挙げることができ、この場合、励起光は励起光用光ファイバ２５をマルチモード光として伝搬する。なお、後述のように増幅用光ファイバ１３に添加される活性元素がイッテルビウムである場合、励起光の波長は、例えば９１５ｎｍとされる。
　増幅用光ファイバ１３は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドと、外側クラッドの外周面を被覆する被覆層とから構成されている。増幅用光ファイバ１３のコアを構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素、及び、励起光源２０から出射する光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素が添加された石英が挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記イッテルビウムの他にツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）等が挙げられる。また、増幅用光ファイバ１３の内側クラッドを構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英やフッ素等の屈折率を低下させる元素が添加された石英から成る。また、増幅用光ファイバ１３の外側クラッドを構成する材料としては、例えば、内側クラッドより屈折率の低い樹脂やフッ素等の屈折率を低下させる元素が添加された石英が挙げられる。また、増幅用光ファイバ１３の被覆層を構成する材料としては、例えば、外側クラッドを構成する樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂が挙げられる。
　本実施形態では、増幅用光ファイバ１３は、マルチモードファイバとされ、例えば、２以上１０以下のＬＰモードの光を伝搬する。
　増幅用光ファイバ１３の一端には、光ファイバ１２が接続されており、増幅用光ファイバ１３のコアと光ファイバ１２のコアとが光学的に結合し、増幅用光ファイバ１３の内側クラッドと光ファイバ１２の内側クラッドとが光学的に結合している。光ファイバ１２は、コアに活性元素が添加されていない点を除き増幅用光ファイバ１３と同じ構成とされる。従って、光ファイバ１２は、マルチモードファイバとされる。
　高反射率ＦＢＧ３１は、光ファイバ１２のコアに設けられている。こうして高反射率ＦＢＧ３１は、増幅用光ファイバ１３の一端側に設けられている。高反射率ＦＢＧ３１は、光ファイバ１２の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されることで構成されている。この周期が調整されることにより、高反射率ＦＢＧ３１は、励起状態とされた増幅用光ファイバ１３の活性元素が放出する光のうち特定波長の光を反射する。高反射率ＦＢＧ３１は、上述のように増幅用光ファイバ１３に添加される活性元素がイッテルビウムである場合、例えば波長が１０７０ｎｍの光を例えば９９％以上の反射率で反射する。
　コンバイナ１０において、光ファイバ１２の内側クラッドに励起光用光ファイバ２５のコアが接続されている。こうして、励起光源２０と接続される励起光用光ファイバ２５と増幅用光ファイバ１３の内側クラッドとは、光ファイバ１２の内側クラッドを介して、光学的に結合される。
　また、コンバイナ１０において、光ファイバ１２に光ファイバ１１が接続されている。光ファイバ１１は、例えば、光ファイバ１２のコアと同じ直径のコアを有する光ファイバとされる。光ファイバ１１の一端は光ファイバ１２に接続されており、光ファイバ１１のコアと光ファイバ１２のコアとが光学的に結合している。また、光ファイバ１１のコンバイナ１０側と反対側には熱変換部Ｅが接続されている。
　増幅用光ファイバ１３の他端には、光ファイバ１４が接続されており、増幅用光ファイバ１３のコアと光ファイバ１４のコアとが光学的に結合している。光ファイバ１４は、活性元素が添加されていないことを除いて増幅用光ファイバ１３のコアと同様のコアと、当該コアの外周面を隙間なく囲み増幅用光ファイバ１３の内側クラッドと同様の構成のクラッドと、クラッドの外周面を被覆する被覆層とから構成されている。従って、光ファイバ１４は、マルチモードファイバとされる。
　また、低反射率ＦＢＧ３２は、光ファイバ１４のコアに設けられている。こうして低反射率ＦＢＧ３２は、増幅用光ファイバ１３の他端側に設けられている。低反射率ＦＢＧ３２は、光ファイバ１４の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、高反射率ＦＢＧ３１が反射する光の少なくとも一部の波長の光を高反射率ＦＢＧ３１よりも低い反射率で反射するように構成されている。低反射率ＦＢＧ３２は、例えば、高反射率ＦＢＧ３１が反射する光と同じ波長の光を５０％の反射率で反射するように構成されている。従って、上記のように高反射率ＦＢＧ３１が波長１０７０ｎｍの光を反射する場合、低反射率ＦＢＧ３２を当該波長の光の一部が透過して、透過した光は光ファイバ１４から出射する。この光はマルチモード光であり、この光の波長は、増幅用光ファイバ１３と高反射率ＦＢＧ３１と低反射率ＦＢＧ３２とで構成される共振器で共振する光の波長に等しい。以下、この光を信号光と呼ぶ場合がある。
　また、光ファイバ１４の増幅用光ファイバ１３側と反対側には、光ファイバ４０が接続されている。光ファイバ４０は、光源ＬＳから出射する信号光を伝搬するデリバリファイバである。つまり、本実施形態では、光ファイバ１４の少なくとも低反射率ＦＢＧ３２を含む部位までが光源ＬＳとされる。
　フィルタ装置ＦＬは、光ファイバ４０と、第１高次モードフィルタ４１と、ＦＢＧ４５と、第２高次モードフィルタ４２と、を主な構成として備える。光源ＬＳに接続される光ファイバ４０の構成は、光ファイバ１４の構成と同様とされる。従って、光ファイバ４０は、マルチモードファイバとされ、活性元素が添加されていないことを除いて増幅用光ファイバ１３のコアと同様のコアと、当該コアの外周面を隙間なく囲み増幅用光ファイバ１３の内側クラッドと同様の構成のクラッドと、クラッドの外周面を被覆する被覆層とから構成されている。なお、光ファイバ１４が延長されることにより、光ファイバ１４の一部が光ファイバ４０とされても良い。
　光ファイバ４０の光源ＬＳ側には、第１高次モードフィルタ４１が設けられている。第１高次モードフィルタ４１は、光ファイバ４０を伝搬するマルチモードの信号光のうち所定のモードより高次のモードの光の少なくとも一部を除去する。第１高次モードフィルタ４１は、例えば、光ファイバ４０を伝搬するマルチモードの信号光のうちＬＰ１１モードより高次のモードの光を除去する。この場合、第１高次モードフィルタ４１よりも光源ＬＳ側と反対側において、光ファイバ４０をＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光が伝搬し、ＬＰ２１モードの光、ＬＰ０２モードの光、及びそれより高次のモードの光の伝搬が抑制される。或いは、第１高次モードフィルタ４１は、例えば、光ファイバ４０を伝搬するマルチモードの信号光のうちＬＰ０１モードより高次のモードの光を除去する。この場合、第１高次モードフィルタ４１よりも光源ＬＳ側と反対側では、光ファイバ４０をＬＰ０１モードの光が伝搬し、ＬＰ１１モードの光及びそれより高次のモードの光の伝搬が抑制される。なお、第１高次モードフィルタが除去する高次モードの光は上記例に限らない。
　第１高次モードフィルタ４１は、本実施形態では、光ファイバ４０が所定の直径で曲げられた区間から成る。上記のように光源ＬＳから出射する信号光の波長が１０７０ｎｍである場合、例えば、光ファイバ４０のコアの直径が２８μｍであり、コアのクラッドに対する比屈折率差が０．１２％であり、コアを伝搬するマルチモードの信号光のうちＬＰ１１モードより高次のモードの光を除去するのであれば、第１高次モードフィルタ４１は、光ファイバ４０が直径１００ｍｍで曲げられた区間から成る。また、光ファイバ４０のコアの直径、コアのクラッドに対する比屈折率差が、上記例の通りである場合に、コアを伝搬するマルチモードの信号光のうちＬＰ０１モードより高次のモードの光を除去するのであれば、第１高次モードフィルタ４１は、光ファイバ４０が直径８０ｍｍで曲げられた区間から成る。
　光ファイバ４０における第１高次モードフィルタ４１の光源ＬＳ側と反対側には、ＦＢＧ４５が設けられている。図２は、ＦＢＧ４５を示す概念図である。ＦＢＧ４５は、光ファイバ４０のクラッド４７で囲まれるコア４６の屈折率よりも高い屈折率の高屈折率部４５Ｈとコア４６の屈折率と同等の屈折率の低屈折率部４５Ｌとが交互に繰り返される構成である。なお、図２においては、図が煩雑化することを避けるため、高屈折率部４５Ｈ及び低屈折率部４５Ｌの数を実際のＦＢＧより少なく記載している。本例のＦＢＧ４５は、それぞれの高屈折率部４５Ｈと低屈折率部４５Ｌとの境界面がコア４６の長手方向に対して直交するように設けられる。ＦＢＧ４５は、光源ＬＳから出射され光ファイバ４０を伝搬する所定波長の光を透過させ、所定波長よりも長波長である特定波長の光を光源ＬＳに向かって反射する。本実施形態では、ＦＢＧ４５は、光源ＬＳから出射する信号光が上記所定波長の光であり、信号光の誘導ラマン散乱によるストークス光が上記特定波長の光である。従って、ＦＢＧ４５は、信号光を透過させ、信号光から発生するストークス光をＦＢＧ４５に入射するストークス光の伝搬方向と正反対の方向に反射する。従って、ＦＢＧ４５は、ストークス光を光源ＬＳに向かって反射する。
　本実施形態のＦＢＧ４５では、高屈折率部４５Ｈと低屈折率部４５Ｌとの境界面は、コアの長手方向に対して垂直である。また、コア４６の実効屈折率をｎeffとし、ＦＢＧ４５のピッチをΛとし、ＦＢＧ４５が反射する光の波長をλ１とする場合、ピッチΛは、λ１＝２ｎeffΛが成り立つ大きさとされる。そこで、例えば、光源ＬＳから出射する信号光の波長をλ２とし、信号光から発生するストークス光の波長をλ１とする場合、上記のようにλ２＝１０７０ｎｍであればλ１＝１１２５ｎｍとなる。この場合、例えば、ｎeff＝１．４５０であれば、Λ＝３８８ｎｍとなる。
　光ファイバ４０におけるＦＢＧ４５の第１高次モードフィルタ４１側と反対側には、第２高次モードフィルタ４２が設けられている。従って、本実施形態のＦＢＧ４５は、一対の高次モードフィルタで挟まれている。本実施形態では、第２高次モードフィルタ４２の構成は、第１高次モードフィルタ４１と同様とされる。
　光ファイバ４０の先端には、コア４６の直径より太いガラスロッド４８が接続されている。従って、コア４６から出射する光は、ガラスロッド４８で直径が広げられて出射する。
　次にレーザ装置１の動作について説明する。
　まず、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から励起光が出射する。励起光源２０から出射した励起光は、励起光用光ファイバ２５から光ファイバ１２の内側クラッドを介して、増幅用光ファイバ１３の内側クラッドに入射する。増幅用光ファイバ１３の内側クラッドに入射した励起光は主に内側クラッドを伝搬して、増幅用光ファイバ１３のコアを通過する際にコアに添加されている活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は、基底状態に戻る際に自然放出光を放出する。この自然放出光は、増幅用光ファイバ１３のコアを伝搬して、一部の波長の光が高反射率ＦＢＧ３１により反射され、反射された光のうち低反射率ＦＢＧ３２が反射する波長の光が低反射率ＦＢＧ３２で反射されて、高反射率ＦＢＧ３１と低反射率ＦＢＧ３２との間、すなわち共振器内を往復する。この光は、増幅用光ファイバ１３のコアを伝搬するときに誘導放出により増幅され、レーザ発振状態となる。そして、増幅された光のうち一部の光は、低反射率ＦＢＧ３２を透過して光ファイバ１４から出射する。上記のように光ファイバ１４はマルチモードファイバであり、光源ＬＳからはマルチモードの信号光が出射する。
　光源ＬＳから出射する信号光は、光ファイバ４０に入射する。上記のように光ファイバ４０はマルチモードファイバであるため、信号光は、光ファイバ４０をマルチモードで伝搬する。信号光が第１高次モードフィルタ４１を伝搬すると、所定のモードより高次のモードの光がコア４６から漏洩して除去される。上記のように、第１高次モードフィルタ４１が光ファイバ４０を伝搬するマルチモードの信号光のうちＬＰ１１モードより高次のモードの光を除去するのであれば、光ファイバ４０を第１高次モードフィルタ４１からＦＢＧ４５に向かって、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光が伝搬し、ＬＰ２１モードの光、ＬＰ０２モードの光、及びそれより高次のモードの光の伝搬が抑制される。また、上記のように、第１高次モードフィルタ４１が光ファイバ４０を伝搬するマルチモードの信号光のうちＬＰ０１モードより高次のモードの光を除去するのであれば、光ファイバ４０を第１高次モードフィルタ４１からＦＢＧ４５に向かって、光ファイバ４０をＬＰ０１モードの光が伝搬し、ＬＰ１１モードの光及びそれより高次のモードの光の伝搬が抑制される。
　ＦＢＧ４５に信号光が入射すると、信号光はＦＢＧ４５を透過する。ＦＢＧ４５を透過する信号光は、第２高次モードフィルタ４２を伝搬する。この信号光のうち所定のモードより高次のモードの光は、第１高次モードフィルタ４１において除去されている。従って、第２高次モードフィルタ４２では、第１高次モードフィルタ４１で除去しきれなかった所定のモードより高次のモードの光や、第１高次モードフィルタ４１を透過後に励振された所定のモードより高次のモードの光が除去される。従って、第２高次モードフィルタ４２を透過する信号光のビーム品質はさらに向上する。
　第２高次モードフィルタ４２を透過した光は、ガラスロッド４８に入射し、直径が広げられて出射光として出射する。この出射光は、加工体等に照射される。
　ところで、加工体等に照射された出射光の一部が加工体で反射して、ガラスロッド４８に入射し、入射した光の一部が光ファイバ４０のコア４６に入射する場合がある。この光は、戻り光として光ファイバ４０を光源ＬＳに向かう方向すなわち逆方向に伝搬する。上記のように、光ファイバ４０には、光源ＬＳから出射した信号光がガラスロッド４８に向かう方向すなわち順方向に伝搬している。このため、順方向に向かう光のエネルギーと逆方向に向かう光のエネルギーとが合わさると、光ファイバ４０のコア４６における光のエネルギー密度は高くなる。この様に光ファイバ４０のコア４６における光のエネルギー密度が高くなると、光源ＬＳから伝搬する光の一部や上記戻り光の一部が誘導ラマン散乱を起こしてストークス光に遷移する場合がある。このストークス光は順方向、逆方向のそれぞれに伝搬し得る。なお、信号光のパワーが大きい場合には、逆方向に伝搬する戻り光がない場合であっても、ストークス光が発生し得る。
　上記のようにＦＢＧ４５は、ストークス光をＦＢＧ４５に入射するストークス光の伝搬方向と正反対の方向に反射する。従って、光源ＬＳとＦＢＧ４５との間で発生するストークス光がＦＢＧ４５に入射する場合、ＦＢＧ４５で反射されたストークス光はコア４６を光源ＬＳに向かって伝搬する。また、ＦＢＧ４５とガラスロッド４８との間で発生するストークス光がＦＢＧ４５に入射する場合、ＦＢＧ４５で反射されたストークス光はコア４６をガラスロッド４８に向かって伝搬する。
　上記のように所定波長より長波長の特定波長の光を反射するＦＢＧであっても、特定波長よりも短波長である所定波長の光の一部は、ＦＢＧに入射する方向と正反対の方向に対し所定の角度の方向に反射される。従って、ストークス光を上記のように反射するＦＢＧ４５は、ストークス光より短波長の信号光の一部をコア４６の長手方向に対して斜めの方向に反射する。また、加工体等に照射された出射光の一部が加工体で反射して、戻り光として光ファイバ４０を光源ＬＳに向かう場合、戻り光は信号光と同じ波長であるため、ＦＢＧ４５は、この戻り光の一部をコア４６の長手方向に対して斜めの方向に反射する。
　ところで、コアの光の閉じ込め力は、高次モードの光ほど弱い。ここで、Ｖ値が６．０のステップインデックス型の光ファイバを想定する。Ｖ値は正規化周波数と呼ばれ、以下の式で示される。ただし、以下の式において、ａは光ファイバのコアの半径であり、λは光ファイバを伝搬する光の波長であり、ｎ１は光ファイバのコアの屈折率であり、ｎ０は光ファイバのクラッドの屈折率である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　Ｖ値が６．０のステップインデックス型の光ファイバでは、コアを伝搬可能な光のモードは、モードの次数の低い方から順に、ＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、ＬＰ０２モード、ＬＰ３１モード、ＬＰ１２モードの６モードである。それぞれのモードの光のコアへの閉じ込め率は、ＬＰ０１モードで９８％であり、ＬＰ１１モードで９５％であり、ＬＰ２１モードで９０％であり、ＬＰ０２モードで８８％であり、ＬＰ３１モードで８３％であり、ＬＰ１２モードで６７％である。このように高次のモードの光ほどコアの閉じ込め力が小さく、コアから漏洩し易い。
　従って、ＦＢＧ４５でコア４６の長手方向に対して斜めの方向に反射される信号光のうち、高次モードの光ほどクラッドに伝搬してクラッドモード光になり易い。しかし、本実施形態の信号光は、第１高次モードフィルタ４１において、所定のモードより高次のモードの光が除去されている。このため、第１高次モードフィルタ４１において所定のモードより高次のモードの光が除去されない場合と比べて、ＦＢＧ４５でコア４６の長手方向に対して斜めの方向に反射される信号光がクラッドモード光になることは抑制される。
　また、上記のように、信号光と同じ波長の戻り光が第２高次モードフィルタ４２を透過する際に、所定のモードより高次のモードの光が除去される。この状態で、第２高次モードフィルタ４２を透過した戻り光は、ＦＢＧ４５を透過する。ここで、上記のように戻り光の一部は、ＦＢＧ４５でコア４６の長手方向に対して斜めの方向に反射される。しかし、本実施形態では、第２高次モードフィルタ４２において、所定のモードより高次のモードの光が戻り光から除去されている。このため、第２高次モードフィルタ４２において所定のモードより高次のモードの光が除去されない場合と比べて、ＦＢＧ４５でコア４６の長手方向に対して斜めの方向に反射される信号光がクラッドモード光になることは抑制される。
　以上説明したように、本実施形態によれば、信号光を第１高次モードフィルタ４１からＦＢＧ４５に伝搬させることで、ＦＢＧ４５に入射する信号光のうち高次モードの光のパワーが抑えられる。このため、ＦＢＧ４５に入射する信号光の伝搬方向と正反対の方向に対し所定の角度の方向に反射される信号光の成分においても、クラッドモード光になりやすい高次モードの光のパワーが抑えられる。従って、本実施形態のフィルタ装置ＦＬによれば、ＦＢＧ４５で反射する光がクラッドモード光になる場合であっても、そのパワーを抑えることができ、局所的な発熱を抑制し得る。
　また、本実施形態の第１高次モードフィルタ４１及び第２高次モードフィルタ４２は、光ファイバ４０が所定の直径で曲げられた区間からなる。従って、第１高次モードフィルタ４１及び第２高次モードフィルタ４２を簡易な構成で形成することができる。
　また、本実施形態では、ＦＢＧ４５は、第１高次モードフィルタ４１と第２高次モードフィルタ４２とからなる一対の高次モードフィルタで挟まれている。従って、ＦＢＧ４５に伝搬する信号光の所定のモードより高次のモードの光のパワー、及び、ＦＢＧ４５に伝搬する戻り光における所定のモードより高次のモードの光のパワーを抑えることができる。従って、ＦＢＧ４５に入射する信号光及び戻り光の一部がＦＢＧ４５で反射されることによるクラッドモード光のパワーを抑えることができ、局所的な発熱を抑制し得る。
　従って、このようなフィルタ装置ＦＬを備えるレーザ装置１においても局所的な発熱を抑制し得る。
　以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。
　例えば、上記実施形態の説明では、ＦＢＧ４５は、それぞれの高屈折率部４５Ｈと低屈折率部４５Ｌとの境界面がコア４６の長手方向に対して直交するように設けられた。しかし、本実施形態のＦＢＧ４５はこれに限らない。図３は、ＦＢＧ４５の他の例を示す概念図である。なお、図３を説明するにあたり、上記実施形態と同一又は同等の構成については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図３に示すように、ＦＢＧ４５がスラントＦＢＧであってもよい。スラントＦＢＧは、それぞれの高屈折率部４５Ｈと低屈折率部４５Ｌとの境界面がコア４６の長手方向に対して垂直以外の所定の角度で形成されるＦＢＧである。例えば、この境界面は、コア４６の長手方向に対して２．５度で設けられる。このようなスラントＦＢＧであっても、ＦＢＧ４５に入射する信号光の一部は、ＦＢＧ４５に入射する方向と正反対の方向に対し所定の角度の方向に反射される。従って、上記説明のように、第１高次モードフィルタ４１において信号光における所定のモードより高次のモードの光が除去されることで、ＦＢＧ４５でコア４６の長手方向に対して斜めの方向に反射される信号光がクラッドモード光になることが抑制される。また、上記説明のように、第２高次モードフィルタ４２において戻り光における所定のモードより高次のモードの光が除去されることで、ＦＢＧ４５でコア４６の長手方向に対して斜めの方向に反射される信号光がクラッドモード光になることが抑制される。
　また、上記実施形態では、光源ＬＳが共振器型のファイバレーザ装置から成る例で説明したが、本発明はこれに限らず、光源ＬＳは、光ファイバ４０に所定波長の光を入射する限りにおいて限定されない。例えば、光源ＬＳは、ＭＯ－ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置であってもよく、半導体レーザ装置等の固体レーザ装置や気体レーザ装置であってもよい。
　また、上記実施形態のフィルタ装置ＦＬには、第２高次モードフィルタ４２が備えられたが、第２高次モードフィルタ４２は必須ではない。また、第２高次モードフィルタ４２が備えられる場合であっても、第２高次モードフィルタ４２の構成が第１高次モードフィルタ４１と同様でなくてもよい。例えば、第１高次モードフィルタ４１がＬＰ１１モードより高次のモードの光を除去し、第２高次モードフィルタ４２がＬＰ０１モードより高次のモードの光を除去する構成であってもよい。
　また、第１高次モードフィルタ４１及び第２高次モードフィルタ４２の構成は、光ファイバ４０を伝搬するマルチモードの光のうち所定のモードより高次のモードの光の少なくとも一部を除去する物であればよい。従って、第１高次モードフィルタ４１及び第２高次モードフィルタ４２の構成は、光ファイバが所定の直径で曲げられた区間から成らずに、上記実施形態と異なる形態であってもよい。
　本発明によれば、局所的な発熱を抑制し得るフィルタ装置及びレーザ装置が提供され、レーザ加工分野、医療分野等の様々な産業において利用可能である。
 

Claims (8)

  1. 　所定波長の光をマルチモードで伝搬させる光ファイバと、
    　前記光ファイバを伝搬する前記マルチモードの光のうち所定のモードより高次のモードの光の少なくとも一部を除去する高次モードフィルタと、
    　前記所定波長の光を透過させ、前記所定波長より長波長である特定波長の光を反射するファイバブラッググレーティングと、
    を備える
    ことを特徴とするフィルタ装置。
  2. 　前記ファイバブラッググレーティングはスラント型である
    ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ装置。
  3. 　前記高次モードフィルタは、前記光ファイバが所定の直径で曲げられた区間からなる
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のフィルタ装置。
  4. 　前記高次モードフィルタは、ＬＰ１１モードより高次のモードの光を除去する
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
  5. 　前記高次モードフィルタは、ＬＰ０１モードより高次のモードの光を除去する
    ことを特徴とする請求項４に記載のフィルタ装置。
  6. 　前記特定波長の光は、前記所定波長の光のストークス光である
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
  7. 　一対の前記高次モードフィルタを備え、
    　前記ファイバブラッググレーティングは、一対の前記高次モードフィルタで挟まれる
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
  8. 　請求項１から７のいずれか１項に記載のフィルタ装置と、
    　前記所定波長の光を出射する光源と、
    を備え、
    　前記光ファイバは前記光源から出射する光を伝搬し、
    　前記ファイバブラッググレーティングは、前記光源から出射し前記高次モードフィルタを透過する前記所定波長の光を透過させ、前記特定波長の光を反射する
    ことを特徴とするレーザ装置。
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