WO2020203136A1 - ファイバレーザ装置 - Google Patents

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fiber
optical fiber
wavelength
input optical
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洋平 葛西
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Fujikura Ltd
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Fujikura Ltd
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    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode

Definitions

  • the present invention relates to a fiber laser device, and more particularly to a fiber laser device that outputs a laser beam by using excitation light emitted from a plurality of excitation light sources.
  • excitation light emitted from a plurality of excitation light sources may be used to excite rare earth element ions added to the core of an amplification optical fiber (see, for example, Patent Document 1).
  • the excitation light residual excitation light
  • the excitation light from one excitation light source may reach the other excitation light source and damage the semiconductor laser element.
  • the residual excitation light may be the semiconductor laser element. It is also conceivable that an element failure may occur if it enters the active layer of.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art, and is reliable in that the excitation light from the excitation light source can be efficiently absorbed by the amplification optical fiber to reduce the residual excitation light. It is an object of the present invention to provide an expensive fiber optic laser apparatus.
  • a highly reliable fiber laser apparatus capable of efficiently absorbing excitation light from an excitation light source with an amplification optical fiber to reduce residual excitation light.
  • This fiber laser device includes an amplification optical fiber having a core to which rare earth element ions are added and a clad layer capable of propagating excitation light for exciting the rare earth element ions, and a plurality of excitations capable of generating the excitation light. It includes a light source and an optical combiner that combines the excitation light from the plurality of excitation light sources and outputs the excitation light to the amplification optical fiber.
  • the optical combiner is directed from a plurality of input optical fibers connected to each of the plurality of excitation light sources, an output optical fiber connected to the amplification optical fiber, and the output optical fiber from the plurality of input optical fibers. It has a bridge fiber including a throttle portion whose cross-sectional area gradually decreases in the optical axis direction.
  • the plurality of excitation light sources are the first excitation light source that emits the first excitation light and the first excitation light source having a wavelength lower than the wavelength of the first excitation light in which the absorption rate of the amplification optical fiber for the rare earth element ion is lower than the wavelength of the first excitation light.
  • the bridge fiber has an incident end face to which the plurality of input optical fibers are connected.
  • the plurality of input optical fibers are the first input optical fiber connected to the first region of the incident end surface of the bridge fiber, and the first region with respect to the center of the incident end surface of the bridge fiber.
  • the first excitation light source is connected to the first input optical fiber, and the second excitation light source is connected to the second input optical fiber.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a fiber laser device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an optical fiber for amplification in the fiber laser apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an optical combiner of the fiber laser apparatus shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic view showing the arrangement of input optical fibers in the optical combiner shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing an absorption spectrum of a Yb-added fiber.
  • FIG. 6 is a schematic view showing the arrangement of the input optical fiber in another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic view showing the arrangement of the input optical fiber in still another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 to 7 the same or corresponding components are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. Further, in FIGS. 1 to 7, the scale and dimensions of each component may be exaggerated or some components may be omitted.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the fiber laser device 1 according to the embodiment of the present invention.
  • the fiber laser device 1 in the present embodiment includes an optical resonator 10, a plurality of excitation light sources 21 to 23 for introducing excitation light into the optical resonator 10, and these excitation light sources 21 to 23 via optical fibers 31 to 33. It is equipped with an optical combiner 40 connected to the light source 40.
  • the optical resonator 10 includes an amplification optical fiber 12 having a core to which rare earth element ions such as itterbium (Yb), elbium (Er), turium (Tr), and neodymium (Nd) are added, and a fusion splicer 54.
  • High Reflectivity Fiber Bragg Grating (HR-FBG) 14 connected to the amplification optical fiber 12 via a fusion junction 56 and low connected to the amplification optical fiber 12 via a fusion splicer 56. It is composed of a reflective fiber bragg grading (Output Coupler Fiber Bragg Grating (OC-FBG)) 16.
  • OC-FBG Output Coupler Fiber Bragg Grating
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the amplification optical fiber 12.
  • the amplification optical fiber 12 in the present embodiment has the core 61 to which the above-mentioned rare earth element ions are added, the inner clad 62 formed around the core 61, and the inner clad 62. It is composed of a double clad fiber having an outer clad 63 formed.
  • the refractive index of the inner clad 62 of the amplification optical fiber 12 is lower than that of the core 61, and the refractive index of the outer clad 63 is lower than that of the inner clad 62.
  • the excitation light from the excitation light sources 21 to 23 propagates inside the inner clad 62.
  • the fiber laser device 1 further includes a delivery fiber 50 extending from the OC-FBG 16, and laser oscillation light from the amplification optical fiber 12 is, for example, processed at the wake side end of the delivery fiber 50.
  • a laser emitting unit 52 that emits light toward an object is provided.
  • one excitation light source 21, six excitation light sources 22, and thirteen excitation light sources 23 are provided.
  • Optical combiner 40 is introduced into the inner cladding 62 of the amplification optical fiber 12 described above by combining the excitation light P 1 ⁇ P 3 output from these excitation light sources 21-23. As a result, the excitation lights P 1 to P 3 propagate inside the inner clad 62 of the amplification optical fiber 12.
  • the HR-FBG14 is formed by periodically changing the refractive index of the optical fiber, and reflects light in a predetermined wavelength band with a reflectance close to 100%.
  • the OC-FBG16 is formed by periodically changing the refractive index of the optical fiber, and partially (for example, 10%) of the light in the wavelength band reflected by the HR-FBG14. It passes through and reflects the rest. In this way, the HR-FBG14, the amplification optical fiber 12, and the OC-FBG16 recursively amplify the light in a specific wavelength band between the HR-FBG14 and the OC-FBG16 to cause laser oscillation.
  • the resonator 10 is configured.
  • the excitation lights P 1 to P 3 propagating in the inner clad 62 of the amplification optical fiber 12 are absorbed by the rare earth element ions when passing through the core 61, and the rare earth element ions are excited and naturally. Emitted light is generated. This naturally emitted light is recursively reflected between the HR-FBG14 and the OC-FBG16, and the light having a specific wavelength (for example, 1064 nm) is amplified to cause laser oscillation.
  • the laser beam having a wavelength amplified by the optical resonator 10 propagates in the core 61 of the amplification optical fiber 12, and a part of the laser light propagates through the OC-FBG 16 and propagates to the wake side.
  • the laser light transmitted through the OC-FBG 16 is emitted from the laser emitting portion 52 through the delivery fiber 50 toward, for example, a work piece.
  • the front-excitation type fiber laser apparatus is provided with excitation light sources 21 to 23 only on the HR-FBG14 side, but the rear excitation is provided with excitation light sources 21 to 23 on the OC-FBG16 side.
  • It may be a type fiber laser device, or it may be a double-excitation type fiber laser device in which excitation light sources 21 to 23 are provided on both the HR-FBG14 side and the OC-FBG16 side.
  • a mirror can be used instead of the FBG as a reflection means for oscillating the laser in the optical resonator 10.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the optical combiner 40.
  • the components of the optical combiner 40 are shown separated from each other along the optical axis direction for ease of understanding, but in reality, these components are fused and connected to each other. ing.
  • the optical combiner 40 includes an input optical fiber 41 that constitutes at least a part of an optical fiber 31 extending from an excitation light source 21, and an input light that constitutes at least a part of an optical fiber 32 extending from an excitation light source 22.
  • the fiber 42, the input optical fibers 43 and 44 forming at least a part of the optical fiber 33 extending from the excitation light source 23, the bridge fiber 90 arranged on the wake side of these input optical fibers 41 to 44, and the bridge fiber.
  • It includes an output optical fiber 45 connected to the wake side of 90.
  • the output optical fiber 45 may be fused and connected to the optical fiber on which the HR-FBG 14 is formed, or the HR-FBG 14 can be formed on the output optical fiber 45 itself.
  • FIG. 4 is a schematic view showing the arrangement of the input optical fibers 41 to 44.
  • the optical combiner 40 includes one input optical fiber 41, six input optical fibers 42, six input optical fibers 43, and six input optical fibers. It includes 44 and has a total of 19 input optical fibers. Excitation light sources 21 to 23 are provided corresponding to the number of these input optical fibers 41 to 44.
  • the bridge fiber 90 includes a cylindrical portion 46 having a constant outer diameter along the optical axis and a diaphragm portion 47 whose cross-sectional area gradually decreases along the optical axis.
  • the bridge fiber 90 in this embodiment does not have a core-clad structure inside, and the entire bridge fiber 90 is an optical waveguide.
  • the cylindrical portion 46 of the bridge fiber 90 has an incident end surface 46A to which the input optical fibers 41 to 44 are fused and connected.
  • the output optical fiber 45 has a core 81, a clad 82 that covers the periphery of the core 81, and a coating 83 that covers the periphery of the clad 82.
  • the outer diameter of the core 81 of the output optical fiber 45 is equal to or larger than the outer diameter of the end face of the throttle portion 47 of the bridge fiber 90.
  • a diaphragm portion 47 of the bridge fiber 90 is fused and connected to the core 81 of the output optical fiber 45.
  • the refractive index of the clad 82 of the output optical fiber 45 is lower than the refractive index of the core 81, and an optical waveguide in which the light emitted from the bridge fiber 90 propagates is formed inside the core 81.
  • the core 81 of the output optical fiber 45 is optically connected to the inner clad 62 of the amplification optical fiber 12.
  • the coating 83 of the output optical fiber 45 is removed in the vicinity of the fusion splicer with the bridge fiber 90.
  • the excitation light propagating in the cores of the input optical fibers 41 to 44 enters the bridge fiber 90 from the end surface of the cylindrical portion 46, and the outer peripheral surfaces of the cylindrical portion 46 and the diaphragm portion 47. It propagates inside the bridge fiber 90 while being reflected by, and is incident on the core 81 of the output optical fiber 45 from the end face of the diaphragm portion 47. Then, the excitation light incident on the core 81 of the output optical fiber 45 propagates through the inner clad 62 of the amplification optical fiber 12 connected to the wake side of the optical combiner 40.
  • the excitation light absorption rate of the amplification optical fiber to which the rare earth element ion is added is A (dB / m)
  • the length of the amplification optical fiber is B (m)
  • the power of the excitation light is PIN (W).
  • the power of the residual excitation light transmitted through the amplification optical fiber is represented by the following equation (1). From this equation (1), it can be seen that the power of the residual excitation light can be reduced by increasing the excitation light absorption rate A or increasing the length B of the amplification optical fiber.
  • the peak wavelength (976 nm) band of the absorption spectrum of Yb is narrow, and the excitation of all laser elements is performed.
  • the wavelength of light it is necessary to select semiconductor laser elements, which deteriorates the yield and increases the cost.
  • the length B of the amplification optical fiber is increased, the induced Raman light due to the nonlinear optical effect increases, and the stability of the output of the fiber laser is impaired.
  • the present inventor has a relationship between the incident angle and the absorption amount of the excitation light on the optical fiber and the wavelength and absorption of the excitation light. We focused on the relationship with the rate. That is, the amount of excitation light absorbed by the core 61 of the amplification optical fiber 12 of the fiber laser device 1 described above also depends on the angle of incidence of the excitation light on the inner clad 62. In the example shown in FIG.
  • the excitation lights 71 and 72 are totally reflected and propagated at the interface between the inner clad 62 and the outer clad 63 of the amplification optical fiber 12, but the incident angle is larger than that of the excitation light 71 having a small incident angle. Since the excitation light 72 having a large excitation light 72 passes through the core 61 to which the rare earth element ion is added more times, the absorption amount per unit length is larger than that of the excitation light 71.
  • the amplification light is adjusted by adjusting the incident angles of the excitation lights P 1 to P 3 incident on the inner clad 62 of the amplification optical fiber 12 by the above-mentioned optical combiner 40.
  • the excitation light P 1 to P 3 in the fiber 12 is efficiently absorbed.
  • the light incident on the bridge fiber 90 from the input optical fibers 41 to 44 of the optical combiner 40 is reflected by the diaphragm portion 47, so that the propagation direction changes and the light is incident on the core 81 of the output optical fiber 45.
  • the angle increases.
  • the rate of increase of the incident angle in the diaphragm portion 47 becomes larger as the excitation light introduced into the region distant from the center of the incident end surface 46A of the bridge fiber 90 (for example, the thin filled regions R 3 and R 4 in FIG. 3), and the bridge central area of the incident end face 46A of the fiber 90 (e.g., dark fill region R 1 of FIG. 3) is the smallest pump light to be introduced into.
  • the excitation light whose incident angle is increased in this way is introduced into the inner clad 62 of the amplification optical fiber 12 connected to the wake side of the output optical fiber 45.
  • the excitation light P 2 from the excitation light source 22 is generated around the input optical fiber 41 through which the excitation light P 1 from the excitation light source 21 propagates.
  • Six propagating input optical fibers 42 are arranged, and around these input optical fibers 42, twelve input optical fibers 43 and 44 propagating the excitation light P 3 from the excitation light source 23 are arranged.
  • the input optical fiber 41 in which the excitation light P 1 from the excitation light source 21 propagates is connected to the central region R 1 (the darkly filled region in FIG. 3) of the incident end surface 46A of the bridge fiber 90, and is excited by the excitation light source 22.
  • the six input optical fibers 42 through which the light P 2 propagates are located in a region R 2 (a medium-dark filled region in FIG. 3) located outside the central region R 1 with respect to the center of the incident end surface 46A.
  • 12 of the input optical fiber 43 and 44 are pumping light P 3 propagating from the excitation light source 23, a region R 3 located outside the region R 2 with respect to the center of the incident end face 46A, R 4 ( It is connected to the thin filled area in FIG.
  • the wavelength ⁇ 1 of the excitation light P 1 from the excitation light source 21 is 976 nm, which is the peak wavelength of the absorption spectrum of Yb (see FIG. 5), and the wavelength ⁇ of the excitation light P 2 from the excitation light source 22.
  • Reference numeral 2 denotes 973 nm, which is slightly deviated from this peak wavelength
  • the wavelength ⁇ 3 of the excitation light P 3 from the excitation light source 23 is 970 nm, which is further deviated from the peak wavelength. Therefore, the absorption rate of the core 61 of the amplification optical fiber 12 with respect to Yb is highest in the excitation light P 1 , followed by the excitation light P 2 and the lowest excitation light P 3 .
  • the excitation light P 1 to P 3 is formed by connecting the input optical fiber 41 propagating the excitation light P 1 having the wavelength ⁇ 1 of 976 nm, which has the highest absorption rate, to the central region R 1 of the incident end face 46A.
  • the excitation light P 1 having the wavelength having the highest absorption rate is configured to be incident on the core 81 of the output optical fiber 45 and the inner cladding 62 of the amplification optical fiber 12 on the trailing side at the smallest incident angle. There is.
  • the excitation light P 2 having a wavelength lower than the wavelength of the excitation light P 1 can be connected to the core 81 of the output optical fiber 45 at an incident angle larger than the incident angle of the excitation light P 1. After that, it is configured to be incident on the inner clad 62 of the amplification optical fiber 12 on the flow side.
  • the output optical fiber 45 at a large incident angle than the incident angle of the excitation light P 2 It is configured to be incident on the inner clad 62 of the core 81 and the amplification optical fiber 12 on the wake side.
  • the excitation light source that emits the excitation light having a wavelength having a relatively low absorption rate for the rare earth element ion of the amplification optical fiber 12 is relatively relative to the center of the incident end surface 46A of the bridge fiber 90. It is connected to an input optical fiber connected to a distant region, so that excitation light having a wavelength with a relatively low absorptivity is incident on the inner clad 62 of the amplification optical fiber 12 at a relatively large incident angle (amplification).
  • An excitation light source that emits excitation light having a wavelength with a relatively high absorption rate for rare earth element ions of the optical fiber 12 is connected to an input optical fiber connected to a region relatively close to the center of the incident end face 46A of the bridge fiber 90.
  • the fiber laser device 1 is configured (so that the excitation light having a wavelength having a relatively high absorption rate is incident on the inner clad 62 of the amplification optical fiber 12 at a relatively small incident angle). Therefore, the excitation light having a wavelength having a relatively low absorption rate for the rare earth element ion of the amplification optical fiber 12 passes through the core 61 to which the rare earth element ion of the amplification optical fiber 12 is added more frequently (FIG. 2).
  • the amount of absorption of this excitation light in the amplification optical fiber 12 can be increased.
  • the amount of the excitation light absorbed by the amplification optical fiber 12 can be made uniform at a high level, and the amplification optical fiber 12
  • the excitation light can be absorbed efficiently. Therefore, the residual excitation light can be reduced without increasing the addition concentration of the rare earth element ion or lengthening the amplification optical fiber 12, and the waveguide loss in the amplification optical fiber 12 is increased or induced. The problem of increased Raman scattered light does not occur.
  • the excitation light emitted from the semiconductor laser elements used in the excitation light sources 21 to 23 has a wavelength deviated from the peak wavelength of the absorption spectrum of the rare earth element ion due to the manufacturing variation of the laser element. Since the residual excitation light can be reduced by effectively utilizing such a laser element, the manufacturing cost of the fiber laser apparatus 1 can also be reduced.
  • the fiber laser device 1 is provided so that the excitation light having a wavelength having a relatively low absorption rate for rare earth element ions of the amplification optical fiber 12 is incident on the inner cladding 62 of the amplification optical fiber 12 at a relatively large incident angle.
  • the absorption amount per unit length to the rare earth element ions of the amplification optical fiber 12 may be exactly the same in all of the excitation light P 1 ⁇ P 3.
  • the excitation light P 1 in the amplification optical fiber 12 can be made uniform.
  • the absorption of ⁇ P 3 can be performed more efficiently, and the residual excitation light on the wake side of the amplification optical fiber 12 can be effectively reduced. This enhances the reliability of the fiber laser device 1.
  • an excitation light source that emits excitation light having a wavelength having the lowest absorption rate for rare earth element ions of the amplification optical fiber 12 among the excitation light sources 21 to 23 (in this embodiment, the excitation light source 23 that emits excitation light P 3 ).
  • an input optical fiber input optical fiber 44 in the present embodiment
  • a region region R 4 in the present embodiment
  • the excitation light lowest absorptivity wavelength in the total excitation light P 1 ⁇ P 3 is, inside of the amplification optical fiber 12 at the greatest incident angle within the total excitation light P 1 ⁇ P 3 It will be incident on the clad 62.
  • an excitation light source that emits excitation light having a wavelength having the highest absorption rate for rare earth element ions of the amplification optical fiber 12 among the excitation light sources 21 to 23 (in this embodiment, the excitation light source 21 that emits excitation light P 1 ).
  • the input optical fiber (input optical fiber 41 in the present embodiment) is connected to the region closest to the center of the incident end surface 46A of the bridge fiber 90 (region R 1 in the present embodiment). It is preferable to be connected to.
  • the excitation light of the highest absorption rate wavelength in the total excitation light P 1 ⁇ P 3 is, inside of the amplification optical fiber 12 at the smallest angle of incidence in the entire pumping light P 1 ⁇ P 3 It will be incident on the clad 62.
  • the excitation light source that emits the excitation light having a wavelength having a relatively low absorption rate for the rare earth element ions of the amplification optical fiber 12 is the incident end face 46A of the bridge fiber 90. Although it is connected to an input optical fiber connected to a region relatively far from the center of the light source, the absorption rate of the amplification optical fiber 12 for rare earth element ions is relatively low only for a part of the excitation light sources 21 to 23.
  • An excitation light source that emits excitation light of a wavelength may be connected to an input optical fiber connected to a region relatively far from the center of the incident end surface 46A of the bridge fiber 90.
  • the wavelength of the excitation light P 1 ⁇ P 3 to the wavelength of the transmitted light with a narrowed possible wavelength stabilizing element is emitted from each of the pumping light sources 21 to 23 may be adjusted.
  • a wavelength stabilizing element called Volume Bragg Gating (VBG) whose refractive index changes periodically at a predetermined lattice interval is arranged on the optical path of the laser light emitted from the laser elements of the respective excitation light sources 21 to 23. You may.
  • VBG Volume Bragg Gating
  • an external resonator is formed between the emission end face of the laser element in the excitation light sources 21 to 23 and the wavelength stabilizing element, and the lattice spacing of each wavelength stabilizing element is adjusted.
  • the excitation light narrowed to the corresponding wavelength band is emitted from the wavelength stabilizing element, and the wavelength of the excitation light emitted from the excitation light sources 21 to 23 can be adjusted.
  • the excitation light P 1 having a wavelength of 976 nm is introduced from the excitation light source 21 into the input optical fiber 41 connected to the central region R 1 of the incident end surface 46A of the bridge fiber 90, and is located at the center of the incident end surface 46A.
  • the input optical fiber 42 connected to the outer region R 2 of the center region R 1 for the excitation light P 2 having a wavelength of 973nm from the excitation light source 22 is introduced, the area R 2 with respect to the center of the incident end face 46A
  • An example in which the excitation light P 3 having a wavelength of 970 nm is introduced from the excitation light source 23 into the input optical fibers 43 and 44 connected to the regions R 3 and R 4 outside the region has been described.
  • the excitation light having a wavelength of 976 nm is introduced from the excitation light source 21 into the input optical fiber 41 connected to the central region R 1 of the incident end surface 46A of the bridge fiber 90, and is connected to the region R 2 outside the central region R 1.
  • Excitation light having a wavelength of 970 nm may be introduced.
  • an input optical fiber connected to a region R 2 outside the central region R 1 without connecting an excitation light source to the input optical fiber 41 connected to the central region R 1 of the incident end surface 46A of the bridge fiber 90.
  • Excitation light having a wavelength of 976 nm is introduced from the excitation light source 22 into 42, and excitation light having a wavelength of 915 nm from the excitation light source 23 is introduced into input optical fibers 43 and 44 connected to regions R 3 and R 4 outside the region R 2. May be introduced.
  • the wavelengths of the excitation lights P 1 to P 3 may be equal to or higher than the peak wavelength of the Yb-added fiber (for example, 977 nm). Further, a part of the wavelengths of the excitation lights P 1 to P 3 may be equal to or less than the peak wavelength, and other wavelengths may be equal to or greater than the peak wavelength.
  • the peak wavelength band in the present specification means a wavelength band having a width of ⁇ 3 nm from the wavelength showing the highest absorption rate.
  • the wavelengths of the excitation lights emitted from the plurality of excitation light sources 21 to 23 may be included in one peak wavelength band.
  • An excitation light source that emits excitation light having a wavelength of 972 nm may be connected.
  • an excitation light source that emits excitation light having a wavelength of 976 nm, which is the peak wavelength is connected to one input optical fiber 141 connected to the central region, and is connected to a region located outside the central region6.
  • An excitation light source that emits excitation light having a wavelength of 915 nm, which is another peak wavelength may be connected to the input optical fiber 142 of the book.
  • the absorption spectrum of the Yb-added fiber is connected to the two input optical fibers 241 connected to the central region of the incident end surface 46A of the bridge fiber 90.
  • An excitation light source that emits excitation light having a wavelength of 976 nm, which is the peak wavelength of the above, is connected, and the two input optical fibers 242 connected to the region closest to the center of the incident end face 46A are deviated from the peak wavelength.
  • An excitation light source that emits excitation light with a wavelength of 974 nm is connected, and an excitation light source that emits excitation light with a wavelength of 972 nm is connected to four input optical fibers 243 connected to the region closest to the center of the incident end face 46A. Then, an excitation light source that emits excitation light having a wavelength of 915 nm may be connected to the two input optical fibers 244 connected to the region farthest from the center of the incident end face 46A. In this case, one of the two input optical fibers 242 may not be connected to the excitation light source.
  • This fiber laser device includes an amplification optical fiber having a core to which rare earth element ions are added and a clad layer capable of propagating excitation light for exciting the rare earth element ions, and a plurality of excitations capable of generating the excitation light. It includes a light source and an optical combiner that combines the excitation light from the plurality of excitation light sources and outputs the excitation light to the amplification optical fiber.
  • the optical combiner is directed from a plurality of input optical fibers connected to each of the plurality of excitation light sources, an output optical fiber connected to the amplification optical fiber, and the output optical fiber from the plurality of input optical fibers. It has a bridge fiber including a throttle portion whose cross-sectional area gradually decreases in the optical axis direction.
  • the plurality of excitation light sources are the first excitation light source that emits the first excitation light, and the first excitation light source having a wavelength lower than the wavelength of the first excitation light in which the absorption rate of the amplification optical fiber for the rare earth element ion is lower than the wavelength of the first excitation light.
  • the bridge fiber has an incident end face to which the plurality of input optical fibers are connected.
  • the plurality of input optical fibers are the first input optical fiber connected to the first region of the incident end surface of the bridge fiber, and the first region with respect to the center of the incident end surface of the bridge fiber.
  • the first excitation light source is connected to the first input optical fiber, and the second excitation light source is connected to the second input optical fiber.
  • the rare earth element may be ytterbium, erbium, thulium, or neodymium.
  • the number of the plurality of input optical fibers may be 7, 10, 19, or 31.
  • the second excitation light source for emitting the second excitation light having a wavelength lower than the wavelength of the first excitation light whose absorption rate for rare earth element ions of the amplification optical fiber is the bridge fiber. Since it is connected to the second input optical fiber connected to the second region located outside the first region with respect to the center of the incident end face, the second excitation light is incident at the first excitation height. It will be incident on the amplification optical fiber at an incident angle larger than the angle. Therefore, since the number of times the second excitation light passes through the core region to which the rare earth element ion of the amplification optical fiber is added increases, the amount of absorption of the second excitation light in the amplification optical fiber can be increased.
  • the amplification optical fiber it is possible to homogenize the absorption amount of the first excitation light and the second excitation light to the amplification optical fiber at a high level, so that the addition concentration of rare earth element ions can be increased or the amplification optical fiber can be used. It is possible to effectively reduce the residual excitation light propagating without being absorbed by the amplification optical fiber without lengthening the light.
  • the plurality of excitation light sources further include a third excitation light source that emits a third excitation light having a wavelength lower than the wavelength of the second excitation light whose absorption rate for the rare earth element ion of the amplification optical fiber is lower than that of the second excitation light. You may be.
  • the plurality of input optical fibers further include a third input optical fiber connected to a third region located outside the second region with respect to the center of the incident end face of the bridge fiber. May be good. In this case, the third excitation light source is connected to the third input optical fiber.
  • the absorption amounts of the first excitation light, the second excitation light, and the third excitation light for the amplification optical fiber can be made uniform at a high level, so that the absorption is absorbed by the amplification optical fiber.
  • the residual excitation light propagating without propagating can be effectively reduced.
  • the excitation light source that emits the excitation light having the lowest absorption rate for the rare earth element ion of the amplification optical fiber among the plurality of excitation light sources Is preferably connected to the input optical fiber connected to the region farthest from the center of the incident end face of the bridge fiber among the plurality of input optical fibers. Further, among the plurality of input optical fibers, the excitation light source that emits the excitation light having the wavelength having the highest absorption rate for the rare earth element ion of the amplification optical fiber is the bridge fiber among the plurality of input optical fibers. It is preferably connected to the input optical fiber connected to the region closest to the center of the incident end face.
  • the excitation light source that emits the excitation light having a relatively low absorption rate for the rare earth element ions of the amplification optical fiber is the bridge among the plurality of input optical fibers. It is preferably connected to the input optical fiber connected to a region located relatively outside the center of the incident end face of the fiber. Further, with respect to all the excitation light sources of the plurality of excitation light sources, the excitation light sources that emit the excitation light having a wavelength having a relatively high absorption rate for the rare earth element ions of the amplification optical fiber are the above-mentioned plurality of input optical fibers. Among them, it is preferable to connect to the input optical fiber connected to a region relatively close to the center of the incident end face of the bridge fiber.
  • the wavelength of the excitation light emitted from the plurality of excitation light sources and the input optical fiber to which the plurality of excitation light sources are connected have a plurality of absorption amounts per unit length of the amplification optical fiber with respect to the rare earth element ions. It may be set to be the same for all the excitation lights emitted from the excitation light source of. In this case, since it is possible to homogenize the absorption amount of all the excitation light to the amplification optical fiber at a high level, the residual excitation light propagated without being absorbed by the amplification optical fiber can be more effectively reduced. can do.
  • At least one of the plurality of excitation light sources may emit excitation light having a wavelength in the peak wavelength band of the absorption spectrum of the rare earth element ion of the amplification optical fiber.
  • the at least one excitation light source that emits excitation light having a wavelength in the peak wavelength band is connected to the region closest to the center of the incident end face of the bridge fiber among the plurality of input optical fibers. It is preferable to connect to the above input optical fiber.
  • the difference between the wavelength of the first excitation light and the wavelength of the second excitation light may be larger than 5 nm.
  • at least one of the plurality of excitation light sources may include a wavelength stabilizing element capable of narrowing the wavelength of the light emitted from the laser element.
  • the incident end face of the bridge fiber is a second excitation light source that emits a second excitation light having a wavelength lower than the wavelength of the first excitation light whose absorption rate for rare earth element ions of the amplification optical fiber is lower than that of the first excitation light. Since it is connected to the second input optical fiber connected to the second region located outside the center of the light, the second excitation light is amplified light at an incident angle larger than the incident angle of the first excitation height. It will be incident on the fiber. Therefore, since the number of times the second excitation light passes through the core region to which the rare earth element ion of the amplification optical fiber is added increases, the amount of absorption of the second excitation light in the amplification optical fiber can be increased.
  • the amplification optical fiber it is possible to homogenize the absorption amount of the first excitation light and the second excitation light to the amplification optical fiber at a high level, so that the addition concentration of rare earth element ions can be increased or the amplification optical fiber can be used. It is possible to effectively reduce the residual excitation light propagating without being absorbed by the amplification optical fiber without lengthening the light.
  • the present invention is suitably used for a fiber laser device that outputs a laser beam by using excitation light emitted from a plurality of excitation light sources.
  • Fiber laser device 10
  • Optical resonator 12
  • Optical fiber for amplification 14
  • High-reflection fiber Bragg grading 16
  • Low-reflection fiber Bragg grading 21 to 23
  • Excitation light source 31 to 33
  • Optical fiber 40
  • Optical combiner 41 to 43, 141, 142, 241 to 244
  • Input Optical combiner 45
  • Output optical fiber 46
  • Cylindrical part 46A Incident end face
  • Aperture part 50
  • Delivery fiber 52
  • Laser emission part 61
  • Inner clad 63
  • Outer clad 81
  • Clad 83

Landscapes

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Abstract

励起光源からの励起光を増幅用光ファイバで効率的に吸収させて残留励起光を低減することができる信頼性の高いファイバレーザ装置を提供する。ファイバレーザ装置１は、コア６１と、励起光が伝搬可能なクラッド層６２とを有する増幅用光ファイバ１２と、励起光を生成可能な励起光源２１～２３と、励起光源２１～２３からの励起光を増幅用光ファイバ１２に出力する光コンバイナ４０とを備える。光コンバイナ４０は、入力光ファイバ４１～４４と、増幅用光ファイバ１２に接続される出力光ファイバ４５と、光軸方向に次第に断面積が小さくなる絞り部４７を含むブリッジファイバ９０とを有する。吸収率が高い波長の励起光を出射する励起光源２１は、ブリッジファイバ９０の中心領域Ｒ1に接続される入力光ファイバ４１に接続され、吸収率が低い波長の励起光を出射する励起光源２３は、中心領域Ｒ1よりも外側の領域Ｒ3，Ｒ4に接続される入力光ファイバ４３，４４に接続される。

Description

ファイバレーザ装置
　本発明は、ファイバレーザ装置に係り、特に複数の励起光源から出射される励起光を用いてレーザ光を出力するファイバレーザ装置に関するものである。
　ファイバレーザ装置においては、増幅用光ファイバのコアに添加された希土類元素イオンを励起するために複数の励起光源から出射される励起光を用いることがある（例えば、特許文献１参照）。このような励起光のうち増幅用光ファイバで吸収されなかった励起光（残留励起光）は、後流側に接続されている光デバイス（コンバイナやクラッドモードストリッパなど）に到達して吸収されることも考えられ、そのような場合には、これらの光デバイスが発熱して信頼性が低下してしまう。また、双方向励起型のファイバレーザの場合には、一方の励起光源からの励起光が他方の励起光源に到達して半導体レーザ素子を故障させるおそれがあり、例えば、残留励起光が半導体レーザ素子の活性層に入射すると素子故障が生じることも考えられる。
特開２００７－４２９８１号公報
　本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、励起光源からの励起光を増幅用光ファイバで効率的に吸収させて残留励起光を低減することができる信頼性の高いファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様によれば、励起光源からの励起光を増幅用光ファイバで効率的に吸収させて残留励起光を低減することができる信頼性の高いファイバレーザ装置が提供される。このファイバレーザ装置は、希土類元素イオンが添加されたコアと、上記希土類元素イオンを励起する励起光が伝搬可能なクラッド層とを有する増幅用光ファイバと、上記励起光を生成可能な複数の励起光源と、上記複数の励起光源からの上記励起光を結合して上記増幅用光ファイバに出力する光コンバイナとを備える。上記光コンバイナは、上記複数の励起光源のそれぞれと接続される複数の入力光ファイバと、上記増幅用光ファイバに接続される出力光ファイバと、上記複数の入力光ファイバから上記出力光ファイバに向かって光軸方向に次第に断面積が小さくなる絞り部を含むブリッジファイバとを有する。上記複数の励起光源は、第１の励起光を出射する第１の励起光源と、上記増幅用光ファイバの上記希土類元素イオンに対する吸収率が上記第１の励起光の波長よりも低い波長の第２の励起光を出射する第２の励起光源とを含む。上記ブリッジファイバは、上記複数の入力光ファイバが接続される入射端面を有する。上記複数の入力光ファイバは、上記ブリッジファイバの上記入射端面の第１の領域に接続される第１の入力光ファイバと、上記ブリッジファイバの上記入射端面の中心に対して上記第１の領域よりも外側に位置する第２の領域に接続される第２の入力光ファイバとを含む。上記第１の励起光源は、上記第１の入力光ファイバに接続され、上記第２の励起光源は、上記第２の入力光ファイバに接続される。
図１は、本発明の一実施形態におけるファイバレーザ装置の構成を示す模式図である。 図２は、図１に示すファイバレーザ装置における増幅用光ファイバを模式的に示す断面図である。 図３は、図１に示すファイバレーザ装置の光コンバイナを示す斜視図である。 図４は、図３に示す光コンバイナにおける入力光ファイバの配置を示す模式図である。 図５は、Ｙｂ添加ファイバの吸収スペクトルを示す図である。 図６は、本発明の他の実施形態における入力光ファイバの配置を示す模式図である。 図７は、本発明のさらに他の実施形態における入力光ファイバの配置を示す模式図である。
　以下、本発明に係るファイバレーザ装置の実施形態について図１から図７を参照して詳細に説明する。なお、図１から図７において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図７においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。
　図１は、本発明の一実施形態におけるファイバレーザ装置１の構成を示す模式図である。本実施形態におけるファイバレーザ装置１は、光共振器１０と、光共振器１０に励起光を導入する複数の励起光源２１～２３と、光ファイバ３１～３３を介してこれらの励起光源２１～２３と接続される光コンバイナ４０とを備えている。
　光共振器１０は、例えばイッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｒ）、ネオジム（Ｎｄ）などの希土類元素イオンが添加されたコアを有する増幅用光ファイバ１２と、融着接続部５４を介して増幅用光ファイバ１２と接続される高反射ファイバブラッググレーディング（High Reflectivity Fiber Bragg Grating（ＨＲ－ＦＢＧ））１４と、融着接続部５６を介して増幅用光ファイバ１２と接続される低反射ファイバブラッググレーディング（Output Coupler Fiber Bragg Grating（ＯＣ－ＦＢＧ））１６とから構成されている。本実施形態では、増幅用光ファイバ１２のコアにＹｂが添加されているものとして説明する。また、本明細書における「接続」は、物理的な接続だけではなく、光学的な接続をも含むものとする。
　図２は、増幅用光ファイバ１２を模式的に示す断面図である。図２に示すように、本実施形態における増幅用光ファイバ１２は、上述した希土類元素イオンが添加されたコア６１と、コア６１の周囲に形成された内側クラッド６２と、内側クラッド６２の周囲に形成された外側クラッド６３とを有するダブルクラッドファイバによって構成されている。増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２の屈折率はコア６１の屈折率よりも低く、外側クラッド６３の屈折率は内側クラッド６２の屈折率よりも低くなっている。これにより、内側クラッド６２の内部には励起光源２１～２３からの励起光が伝搬するようになっている。
　また、ファイバレーザ装置１は、ＯＣ－ＦＢＧ１６から延びるデリバリファイバ５０をさらに有しており、このデリバリファイバ５０の後流側の端部には増幅用光ファイバ１２からのレーザ発振光を例えば被処理物に向けて出射するレーザ出射部５２が設けられている。
　励起光源２１は、例えば発振波長９７６ｎｍの高出力マルチモード半導体レーザ素子を含んでおり、波長９７６ｎｍ（＝λ1）の励起光Ｐ1を生成するように構成されている。励起光源２２は、例えば発振波長９７３ｎｍの高出力マルチモード半導体レーザ素子を含んでおり、波長９７３ｎｍ（＝λ2）の励起光Ｐ2を生成するように構成されている。励起光源２３は、例えば発振波長９７０ｎｍの高出力マルチモード半導体レーザ素子を含んでおり、波長９７０ｎｍ（＝λ3）の励起光Ｐ3を生成するように構成されている。本実施形態では、励起光源２１は１個、励起光源２２は６個、励起光源２３は１３個設けられている。光コンバイナ４０は、これらの励起光源２１～２３から出力される励起光Ｐ1～Ｐ3を結合して上述した増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２に導入するものである。これにより、増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２の内部を励起光Ｐ1～Ｐ3が伝搬する。
　ＨＲ－ＦＢＧ１４は、周期的に光ファイバの屈折率を変化させて形成されるもので、所定の波長帯の光を１００％に近い反射率で反射するものである。ＯＣ－ＦＢＧ１６は、ＨＲ－ＦＢＧ１４と同様に、周期的に光ファイバの屈折率を変化させて形成されるもので、ＨＲ－ＦＢＧ１４で反射される波長帯の光の一部（例えば１０％）を通過させ、残りを反射するものである。このように、ＨＲ－ＦＢＧ１４と増幅用光ファイバ１２とＯＣ－ＦＢＧ１６とによって、ＨＲ－ＦＢＧ１４とＯＣ－ＦＢＧ１６との間で特定の波長帯の光を再帰的に増幅してレーザ発振を生じさせる光共振器１０が構成される。
　光共振器１０において、増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２を伝搬する励起光Ｐ1～Ｐ3は、コア６１を通過する際に希土類元素イオンに吸収され、この希土類元素イオンが励起されて自然放出光が生じる。この自然放出光がＨＲ－ＦＢＧ１４とＯＣ－ＦＢＧ１６との間で再帰的に反射され、特定の波長（例えば１０６４ｎｍ）の光が増幅されてレーザ発振が生じる。光共振器１０で増幅された波長のレーザ光は、増幅用光ファイバ１２のコア６１内を伝搬し、その一部がＯＣ－ＦＢＧ１６を透過して後流側に伝搬する。ＯＣ－ＦＢＧ１６を透過したレーザ光は、デリバリファイバ５０を通ってレーザ出射部５２から例えば被加工物に向けて出射される。
　図１に示す例では、ＨＲ－ＦＢＧ１４側にのみ励起光源２１～２３が設けられた前方励起型のファイバレーザ装置となっているが、ＯＣ－ＦＢＧ１６側に励起光源２１～２３を設けた後方励起型のファイバレーザ装置としてもよく、あるいはＨＲ－ＦＢＧ１４側及びＯＣ－ＦＢＧ１６側の双方に励起光源２１～２３を設けた双方励起型のファイバレーザ装置としてもよい。また、光共振器１０内でレーザ発振させるための反射手段としてＦＢＧに代えてミラーを用いることもできる。
　図３は、光コンバイナ４０を示す斜視図である。図３においては、理解を容易にするために、光コンバイナ４０の構成要素が光軸方向に沿って互いに離間して示されているが、実際には、これらの構成要素は互いに融着接続されている。図３に示すように、光コンバイナ４０は、励起光源２１から延びる光ファイバ３１の少なくとも一部を構成する入力光ファイバ４１と、励起光源２２から延びる光ファイバ３２の少なくとも一部を構成する入力光ファイバ４２と、励起光源２３から延びる光ファイバ３３の少なくとも一部を構成する入力光ファイバ４３，４４と、これらの入力光ファイバ４１～４４の後流側に配置されるブリッジファイバ９０と、ブリッジファイバ９０の後流側に接続される出力光ファイバ４５とを含んでいる。なお、出力光ファイバ４５は、ＨＲ－ＦＢＧ１４が形成された光ファイバと融着接続されていてもよいし、出力光ファイバ４５自体にＨＲ－ＦＢＧ１４を形成することも可能である。
　それぞれの入力光ファイバ４１～４４は、図示しないコアを有しており、励起光源２１～２３からの励起光はこのコアを伝搬するようになっている。図４は、入力光ファイバ４１～４４の配置を示す模式図である。図４に示すように、本実施形態では、光コンバイナ４０は、１本の入力光ファイバ４１と、６本の入力光ファイバ４２と、６本の入力光ファイバ４３と、６本の入力光ファイバ４４とを含んでおり、合計で１９本の入力光ファイバを有している。これらの入力光ファイバ４１～４４の本数に対応して励起光源２１～２３が設けられている。
　図３に示すように、ブリッジファイバ９０は、光軸に沿って一定の外径を有する円筒部４６と、光軸に沿って次第に断面積が小さくなる絞り部４７とを含んでいる。本実施形態におけるブリッジファイバ９０は、内部にコア－クラッド構造を有しておらず、ブリッジファイバ９０全体が光導波路となっている。ブリッジファイバ９０の円筒部４６は、入力光ファイバ４１～４４が融着接続される入射端面４６Ａを有している。
　出力光ファイバ４５は、コア８１と、コア８１の周囲を覆うクラッド８２と、クラッド８２の周囲を覆う被覆８３とを有している。出力光ファイバ４５のコア８１の外径は、ブリッジファイバ９０の絞り部４７の端面の外径以上である。この出力光ファイバ４５のコア８１には、ブリッジファイバ９０の絞り部４７が融着接続されている。出力光ファイバ４５のクラッド８２の屈折率はコア８１の屈折率よりも低くなっており、コア８１の内部には、ブリッジファイバ９０から出射した光が伝搬する光導波路が形成されている。この出力光ファイバ４５のコア８１は、増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２と光学的に接続される。なお、ブリッジファイバ９０との融着接続部の近傍では、出力光ファイバ４５の被覆８３が除去されている。
　このような構成の光コンバイナ４０によれば、入力光ファイバ４１～４４のコアを伝搬する励起光は、円筒部４６の端面からブリッジファイバ９０に入射し、円筒部４６及び絞り部４７の外周面で反射しながらブリッジファイバ９０の内部を伝搬して、絞り部４７の端面から出力光ファイバ４５のコア８１に入射する。そして、出力光ファイバ４５のコア８１に入射した励起光は、光コンバイナ４０の後流側に接続された増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２を伝搬する。
　ところで、希土類元素イオンが添加された増幅用光ファイバの励起光吸収率をＡ（ｄＢ／ｍ）、増幅用光ファイバの長さをＢ（ｍ）、励起光のパワーをＰIn（Ｗ）とすると、増幅用光ファイバを透過する残留励起光のパワーは、以下の式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　この式（１）から、励起光吸収率Ａを高めるか、増幅用光ファイバの長さＢを長くすると残留励起光のパワーを低減できることがわかる。
　励起光吸収率Ａを高めるためには、添加する希土類元素イオンの濃度を高める、あるいは励起光の波長を希土類元素イオンの吸収スペクトルのピーク波長に合わせることが考えられるが、添加する希土類元素イオンの濃度を高め過ぎると、光ファイバの導波損失が上昇してファイバレーザの出力が低下するため、希土類元素イオンの添加濃度を高めるのには限界がある。また、半導体レーザ素子の製造上のバラツキにより、すべての半導体レーザ素子の励起光の波長を希土類元素イオンの吸収スペクトルのピーク波長に合わせることは困難である。例えば、イッテルビウム（Ｙｂ）を添加した光ファイバの場合には、図５に示すように、Ｙｂ添加ファイバの場合、Ｙｂの吸収スペクトルのピーク波長（９７６ｎｍ）の帯域が狭く、すべてのレーザ素子の励起光の波長をこの帯域に合わせるためには、半導体レーザ素子の選別が必要となり、歩留まりが悪化してコストが上昇する。また、増幅用光ファイバの長さＢを長くすると、非線形光学効果による誘導ラマン光が増大してファイバレーザの出力の安定性が損なわれてしまう。
　本発明者は、より効率的に増幅用光ファイバに励起光を吸収させて残留励起光を低減するために、光ファイバに対する励起光の入射角度と吸収量との関係及び励起光の波長と吸収率との関係に着目した。すなわち、上述したファイバレーザ装置１の増幅用光ファイバ１２のコア６１における励起光の吸収量は、励起光の内側クラッド６２への入射角度にも依存している。図２に示す例では、励起光７１，７２は、増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２と外側クラッド６３との界面で全反射して伝搬するが、入射角度の小さい励起光７１よりも入射角度の大きな励起光７２の方が、希土類元素イオンが添加されたコア６１を通過する回数が多くなるため、励起光７１よりも単位長さ当たりの吸収量が増える。
　励起光源から出射される励起光の波長が、増幅用光ファイバ１２の希土類元素イオンの吸収スペクトルのピーク波長からずれると、増幅用光ファイバ１２における励起光の吸収量が少なくなるが、そのような励起光の増幅用光ファイバ１２への入射角度を大きくすれば、波長のずれにより低下した吸収量を増やすことが可能である。したがって、本実施形態では、以下に述べるように、増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２に入射する励起光Ｐ1～Ｐ3の入射角度を上述した光コンバイナ４０により調整することで、増幅用光ファイバ１２における励起光Ｐ1～Ｐ3の吸収が効率的に行われるようにしている。
　上述したように、光コンバイナ４０の入力光ファイバ４１～４４からブリッジファイバ９０に入射した光は絞り部４７で反射するために、その伝搬方向が変化して出力光ファイバ４５のコア８１への入射角度が増大する。絞り部４７における入射角度の増大率は、ブリッジファイバ９０の入射端面４６Ａの中心から離れた領域（例えば、図３の薄い塗り潰し領域Ｒ3，Ｒ4）に導入される励起光ほど大きくなり、ブリッジファイバ９０の入射端面４６Ａの中心領域（例えば、図３の濃い塗り潰し領域Ｒ1）に導入される励起光が最も小さい。このように入射角度が増大した励起光は、出力光ファイバ４５の後流側に接続された増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２に導入される。
　本実施形態の光コンバイナ４０においては、図３及び図４に示すように、励起光源２１からの励起光Ｐ1が伝搬する入力光ファイバ４１の周囲に、励起光源２２からの励起光Ｐ2が伝搬する６本の入力光ファイバ４２が配置されており、これらの入力光ファイバ４２の周囲に、励起光源２３からの励起光Ｐ3が伝搬する１２本の入力光ファイバ４３，４４が配置されている。すなわち、励起光源２１からの励起光Ｐ1が伝搬する入力光ファイバ４１は、ブリッジファイバ９０の入射端面４６Ａの中心領域Ｒ1（図３の濃い塗り潰し領域）に接続され、励起光源２２からの励起光Ｐ2が伝搬する６本の入力光ファイバ４２は、入射端面４６Ａの中心に対して中心領域Ｒ1よりも外側に位置する領域Ｒ2（図３の中程度の濃さの塗り潰し領域）に接続され、励起光源２３からの励起光Ｐ3が伝搬する１２本の入力光ファイバ４３，４４は、入射端面４６Ａの中心に対して領域Ｒ2よりも外側に位置する領域Ｒ3，Ｒ4（図３の薄い塗り潰し領域）に接続されている。
　上述したように、励起光源２１からの励起光Ｐ1の波長λ1は、Ｙｂの吸収スペクトルのピーク波長（図５参照）である９７６ｎｍであり、励起光源２２からの励起光Ｐ2の波長λ2は、このピーク波長から少しずれた９７３ｎｍであり、励起光源２３からの励起光Ｐ3の波長λ3は、さらにピーク波長からずれた９７０ｎｍとなっている。したがって、増幅用光ファイバ１２のコア６１のＹｂに対する吸収率は、励起光Ｐ1が最も高く、その次に励起光Ｐ2が高く、励起光Ｐ3が最も低くなっている。
　本実施形態では、最も吸収率が高い９７６ｎｍの波長λ1を有する励起光Ｐ1を伝搬する入力光ファイバ４１を入射端面４６Ａの中心領域Ｒ1に接続することで、励起光Ｐ1～Ｐ3の中で最も吸収率が高い波長の励起光Ｐ1が、最も小さな入射角度で出力光ファイバ４５のコア８１及びその後流側の増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２に入射するように構成している。また、吸収スペクトルのピーク波長から少しずれ、励起光Ｐ1よりも低い吸収率の波長λ2（＝９７３ｎｍ）を有する励起光Ｐ2を伝搬する入力光ファイバ４２を中心領域Ｒ1よりも外側の領域Ｒ2に接続することで、励起光Ｐ1の波長よりも吸収率が低い波長の励起光Ｐ2が、励起光Ｐ1の入射角度よりも大きな入射角度で出力光ファイバ４５のコア８１及びその後流側の増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２に入射するように構成している。吸収スペクトルのピーク波長からさらにずれ、励起光Ｐ2よりも低い吸収率の波長λ3（＝９７０ｎｍ）を有する励起光Ｐ3を伝搬する入力光ファイバ４３，４４を領域Ｒ2よりもさらに外側の領域Ｒ3，Ｒ4に接続することで、励起光Ｐ2の波長よりも吸収率が低い波長の励起光Ｐ3が、励起光Ｐ2の入射角度よりも大きな入射角度で出力光ファイバ４５のコア８１及びその後流側の増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２に入射するように構成している。
　このように、本実施形態では、増幅用光ファイバ１２の希土類元素イオンに対する吸収率が相対的に低い波長の励起光を出射する励起光源が、ブリッジファイバ９０の入射端面４６Ａの中心から相対的に遠い領域に接続される入力光ファイバに接続されており、吸収率が相対的に低い波長の励起光が相対的に大きい入射角度で増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２に入射するように（増幅用光ファイバ１２の希土類元素イオンに対する吸収率が相対的に高い波長の励起光を出射する励起光源が、ブリッジファイバ９０の入射端面４６Ａの中心に相対的に近い領域に接続される入力光ファイバに接続されており、吸収率が相対的に高い波長の励起光が相対的に小さい入射角度で増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２に入射するように）ファイバレーザ装置１が構成されている。したがって、増幅用光ファイバ１２の希土類元素イオンに対する吸収率が相対的に低い波長の励起光が、増幅用光ファイバ１２の希土類元素イオンが添加されたコア６１を通過する回数が増えるため（図２参照）、増幅用光ファイバ１２におけるこの励起光の吸収量を増やすことができる。この結果、複数の励起光源２１～２３の励起光の波長が異なっていても、増幅用光ファイバ１２に対する励起光の吸収量を高いレベルで均一化することが可能となり、増幅用光ファイバ１２における励起光の吸収を効率的に行うことができる。このため、希土類元素イオンの添加濃度を増加したり、増幅用光ファイバ１２を長くしたりすることなく、残留励起光を低減することができ、増幅用光ファイバ１２における導波損失の増加や誘導ラマン散乱光の増大という問題が生じない。さらに、励起光源２１～２３に使用される半導体レーザ素子から出射される励起光が、レーザ素子の製造上のバラツキによって希土類元素イオンの吸収スペクトルのピーク波長からずれた波長を有していても、そのようなレーザ素子を有効に利用して残留励起光を低減することができるので、ファイバレーザ装置１の製造コストを低減することもできる。
　また、増幅用光ファイバ１２の希土類元素イオンに対する吸収率が相対的に低い波長の励起光が相対的に大きい入射角度で増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２に入射するようにファイバレーザ装置１を構成することで、増幅用光ファイバ１２の希土類元素イオンに対する単位長さ当たりの吸収量がすべての励起光Ｐ1～Ｐ3で同一になるようにしてもよい。この場合には、増幅用光ファイバ１２の希土類元素イオンに対する励起光Ｐ1～Ｐ3の吸収量をより高いレベルで均一化することが可能となるので、増幅用光ファイバ１２における励起光Ｐ1～Ｐ3の吸収をより効率的に行うことができ、増幅用光ファイバ１２よりも後流側での残留励起光を効果的に低減することができる。これによって、ファイバレーザ装置１の信頼性が高まる。
　また、励起光源２１～２３の中で増幅用光ファイバ１２の希土類元素イオンに対する吸収率が最も低い波長の励起光を出射する励起光源（本実施形態では励起光Ｐ3を出射する励起光源２３）が、入力光ファイバ４１～４４の中でブリッジファイバ９０の入射端面４６Ａの中心から最も離れた領域（本実施形態では領域Ｒ4）に接続される入力光ファイバ（本実施形態では入力光ファイバ４４）に接続されることが好ましい。この場合には、全励起光Ｐ1～Ｐ3の中で最も吸収率の低い波長の励起光が、全励起光Ｐ1～Ｐ3の中で最も大きな入射角度で増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２に入射することとなる。
　さらに、励起光源２１～２３の中で増幅用光ファイバ１２の希土類元素イオンに対する吸収率が最も高い波長の励起光を出射する励起光源（本実施形態では励起光Ｐ1を出射する励起光源２１）が、入力光ファイバ４１～４４の中でブリッジファイバ９０の入射端面４６Ａの中心に最も近い領域（本実施形態では領域Ｒ1）に接続される入力光ファイバ（本実施形態では入力光ファイバ４１）に接続されることが好ましい。この場合には、全励起光Ｐ1～Ｐ3の中で最も吸収率の高い波長の励起光が、全励起光Ｐ1～Ｐ3の中で最も小さな入射角度で増幅用光ファイバ１２の内側クラッド６２に入射することとなる。
　上述した実施形態では、すべての励起光源２１～２３について、増幅用光ファイバ１２の希土類元素イオンに対する吸収率が相対的に低い波長の励起光を出射する励起光源が、ブリッジファイバ９０の入射端面４６Ａの中心から相対的に遠い領域に接続される入力光ファイバに接続されているが、励起光源２１～２３の一部についてのみ、増幅用光ファイバ１２の希土類元素イオンに対する吸収率が相対的に低い波長の励起光を出射する励起光源が、ブリッジファイバ９０の入射端面４６Ａの中心から相対的に遠い領域に接続される入力光ファイバに接続されていてもよい。
　また、透過する光の波長を狭帯域化可能な波長安定化素子を用いてそれぞれの励起光源２１～２３から出射される励起光Ｐ1～Ｐ3の波長を調整してもよい。例えば、所定の格子間隔で屈折率が周期的に変化するVolume Bragg Gating（ＶＢＧ）と呼ばれる波長安定化素子をそれぞれの励起光源２１～２３のレーザ素子から出射されるレーザ光の光路上に配置してもよい。このような波長安定化素子を用いることにより、励起光源２１～２３内のレーザ素子の出射端面と波長安定化素子との間に外部共振器が形成され、それぞれの波長安定化素子の格子間隔に応じた波長帯域に狭帯域化された励起光が波長安定化素子から出射され、励起光源２１～２３から出射される励起光の波長を調整することができる。
　上述した実施形態では、ブリッジファイバ９０の入射端面４６Ａの中心領域Ｒ1に接続される入力光ファイバ４１には、励起光源２１から波長９７６ｎｍの励起光Ｐ1が導入され、入射端面４６Ａの中心に対して中心領域Ｒ1よりも外側の領域Ｒ2に接続される入力光ファイバ４２には、励起光源２２から波長９７３ｎｍの励起光Ｐ2が導入され、入射端面４６Ａの中心に対して領域Ｒ2よりも外側の領域Ｒ3，Ｒ4に接続される入力光ファイバ４３，４４には、励起光源２３から波長９７０ｎｍの励起光Ｐ3が導入される例を説明したが、これらの励起光の波長はこの例に限られるものではない。例えば、ブリッジファイバ９０の入射端面４６Ａの中心領域Ｒ1に接続される入力光ファイバ４１に、励起光源２１から波長９７６ｎｍの励起光を導入し、中心領域Ｒ1よりも外側の領域Ｒ2に接続される入力光ファイバ４２に、励起光源２２から波長９７２ｎｍの励起光を導入し、領域Ｒ2よりも外側の領域Ｒ3，Ｒ4に接続される入力光ファイバ４３，４４に、励起光源２３から波長９７０ｎｍの励起光を導入してもよい。あるいは、ブリッジファイバ９０の入射端面４６Ａの中心領域Ｒ1に接続される入力光ファイバ４１には励起光源を接続せずに、中心領域Ｒ1よりも外側の領域Ｒ2に接続される入力光ファイバ４２に、励起光源２２から波長９７６ｎｍの励起光を導入し、領域Ｒ2よりも外側の領域Ｒ3，Ｒ4に接続される入力光ファイバ４３，４４に、励起光源２３から波長９１５ｎｍの励起光を導入してもよい。
　また、上述の実施形態では、励起光源２１～２３から出射される励起光Ｐ1～Ｐ3の波長のすべてが、Ｙｂ添加ファイバの吸収スペクトルのピーク波長の９７６ｎｍ以下である例を説明したが、励起光Ｐ1～Ｐ3の波長がＹｂ添加ファイバのピーク波長以上（例えば９７７ｎｍなど）であってもよい。さらに、励起光Ｐ1～Ｐ3の波長の一部がピーク波長以下であって、他の波長がピーク波長以上であってもよい。また、上述の実施形態では、Ｙｂ添加ファイバの吸収スペクトルのピーク波長として９７６ｎｍを用いた例を説明したが、９７６ｎｍのピーク波長に代えて９１５ｎｍのピーク波長を用いることもできる。また、これら２つのピーク波長を組み合わせて用いることもできる。また、これらの励起光源２１～２３から出射される励起光Ｐ1～Ｐ3の波長の差を５ｎｍ以上設けてもよい。ここで、本明細書における「ピーク波長帯域」は、最も高い吸収率を示す波長から±３ｎｍの幅を有する波長帯域を意味するものである。なお、複数の励起光源２１～２３から出射される励起光の波長が１つのピーク波長帯域に入っていてもよい。
　上述の実施形態では、１９本の入力光ファイバ４１～４４及び１９個の励起光源２１～２３を用いた例を説明したが、入力光ファイバの個数及び励起光源の個数はこれに限られるものではない。また、複数の励起光源の波長の組み合わせも任意である。例えば３１本の入力光ファイバを用いた場合にも、同様に構成することができる。また、例えば、７本の入力光ファイバを用いる場合には、図６に示すように、ブリッジファイバ９０の円筒部４６の中心領域に接続される１本の入力光ファイバ１４１に、Ｙｂ添加ファイバの吸収スペクトルのピーク波長である９７６ｎｍの波長を有する励起光を出射する励起光源を接続し、中心領域よりも外側に位置する領域に接続される６本の入力光ファイバ１４２に、ピーク波長からずれた波長９７２ｎｍの励起光を出射する励起光源を接続してもよい。あるいは、中心領域に接続される１本の入力光ファイバ１４１に、ピーク波長である９７６ｎｍの波長を有する励起光を出射する励起光源を接続し、中心領域の外側に位置する領域に接続される６本の入力光ファイバ１４２に、別のピーク波長である波長９１５ｎｍの励起光を出射する励起光源を接続してもよい。
　また、１０本の入力光ファイバを用いる場合には、図７に示すように、ブリッジファイバ９０の入射端面４６Ａの中心領域に接続される２本の入力光ファイバ２４１に、Ｙｂ添加ファイバの吸収スペクトルのピーク波長である９７６ｎｍの波長を有する励起光を出射する励起光源を接続し、入射端面４６Ａの中心に２番目に近い領域に接続される２本の入力光ファイバ２４２に、ピーク波長からずれた波長９７４ｎｍの励起光を出射する励起光源を接続し、入射端面４６Ａの中心に３番目に近い領域に接続される４本の入力光ファイバ２４３に、波長９７２ｎｍの励起光を出射する励起光源を接続し、入射端面４６Ａの中心から最も遠い領域に接続される２本の入力光ファイバ２４４に、波長９１５ｎｍの励起光を出射する励起光源を接続してもよい。この場合において、２本の入力光ファイバ２４２のうち一方を励起光源に接続しない構成としてもよい。
　これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
　以上述べたように、本発明の一態様によれば、励起光源からの励起光を増幅用光ファイバで効率的に吸収させて残留励起光を低減することができる信頼性の高いファイバレーザ装置が提供される。このファイバレーザ装置は、希土類元素イオンが添加されたコアと、上記希土類元素イオンを励起する励起光が伝搬可能なクラッド層とを有する増幅用光ファイバと、上記励起光を生成可能な複数の励起光源と、上記複数の励起光源からの上記励起光を結合して上記増幅用光ファイバに出力する光コンバイナとを備える。上記光コンバイナは、上記複数の励起光源のそれぞれと接続される複数の入力光ファイバと、上記増幅用光ファイバに接続される出力光ファイバと、上記複数の入力光ファイバから上記出力光ファイバに向かって光軸方向に次第に断面積が小さくなる絞り部を含むブリッジファイバとを有する。上記複数の励起光源は、第１の励起光を出射する第１の励起光源と、上記増幅用光ファイバの上記希土類元素イオンに対する吸収率が上記第１の励起光の波長よりも低い波長の第２の励起光を出射する第２の励起光源とを含む。上記ブリッジファイバは、上記複数の入力光ファイバが接続される入射端面を有する。上記複数の入力光ファイバは、上記ブリッジファイバの上記入射端面の第１の領域に接続される第１の入力光ファイバと、上記ブリッジファイバの上記入射端面の中心に対して上記第１の領域よりも外側に位置する第２の領域に接続される第２の入力光ファイバとを含む。上記第１の励起光源は、上記第１の入力光ファイバに接続され、上記第２の励起光源は、上記第２の入力光ファイバに接続される。上記希土類元素は、イッテルビウム、エルビウム、ツリウム、又はネオジムであってもよい。上記複数の入力光ファイバの数は７、１０、１９、又は３１であってもよい。
　このような構成によれば、増幅用光ファイバの希土類元素イオンに対する吸収率が第１の励起光の波長よりも低い波長の第２の励起光を出射する第２の励起光源が、ブリッジファイバの入射端面の中心に対して第１の領域よりも外側に位置する第２の領域に接続される第２の入力光ファイバに接続されるので、第２の励起光が第１の励起高の入射角度よりも大きい入射角度で増幅用光ファイバに入射することとなる。このため、第２の励起光が増幅用光ファイバの希土類元素イオンが添加されたコア領域を通過する回数が増えるので、増幅用光ファイバにおける第２の励起光の吸収量を増やすことができる。したがって、増幅用光ファイバに対する第１の励起光と第２の励起光の吸収量を高いレベルで均一化することが可能となるので、希土類元素イオンの添加濃度を増加したり、増幅用光ファイバを長くしたりすることなく、増幅用光ファイバで吸収されずに伝搬する残留励起光を効果的に低減することができる。
　上記複数の励起光源は、上記増幅用光ファイバの上記希土類元素イオンに対する吸収率が上記第２の励起光の波長よりも低い波長の第３の励起光を出射する第３の励起光源をさらに含んでいてもよい。上記複数の入力光ファイバは、上記ブリッジファイバの上記入射端面の中心に対して上記第２の領域よりも外側に位置する第３の領域に接続される第３の入力光ファイバをさらに含んでいてもよい。この場合において、上記第３の励起光源は、上記第３の入力光ファイバに接続される。これにより、増幅用光ファイバに対する第１の励起光、第２の励起光、及び第３の励起光の吸収量を高いレベルで均一化することが可能となるので、増幅用光ファイバで吸収されずに伝搬する残留励起光を効果的に低減することができる。
　増幅用光ファイバにおいてより効果的に励起光を吸収させるために、上記複数の励起光源の中で上記増幅用光ファイバの上記希土類元素イオンに対する吸収率が最も低い波長の励起光を出射する励起光源が、上記複数の入力光ファイバの中で上記ブリッジファイバの上記入射端面の中心から最も離れた領域に接続される上記入力光ファイバに接続されることが好ましい。また、上記複数の励起光源の中で上記増幅用光ファイバの上記希土類元素イオンに対する吸収率が最も高い波長の励起光を出射する励起光源が、上記複数の入力光ファイバの中で上記ブリッジファイバの上記入射端面の中心に最も近い領域に接続される上記入力光ファイバに接続されることが好ましい。
　上記複数の励起光源のすべての励起光源に関して、上記増幅用光ファイバの上記希土類元素イオンに対する吸収率が相対的に低い励起光を出射する励起光源が、上記複数の入力光ファイバの中で上記ブリッジファイバの上記入射端面の中心に対して相対的に外側に位置する領域に接続される上記入力光ファイバに接続されることが好ましい。また、上記複数の励起光源のすべての励起光源に関して、上記増幅用光ファイバの上記希土類元素イオンに対する吸収率が相対的に高い波長の励起光を出射する励起光源が、上記複数の入力光ファイバの中で上記ブリッジファイバの上記入射端面の中心に相対的に近い領域に接続される上記入力光ファイバに接続されることが好ましい。
　上記複数の励起光源から出射される励起光の波長及び上記複数の励起光源が接続される上記入力光ファイバは、上記増幅用光ファイバの上記希土類元素イオンに対する単位長さ当たりの吸収量が上記複数の励起光源から出射される全励起光で同一になるように設定されていてもよい。この場合には、増幅用光ファイバに対する全励起光の吸収量を高いレベルで均一化することが可能となるので、増幅用光ファイバで吸収されずに伝搬する残留励起光をより効果的に低減することができる。
　上記複数の励起光源のうち少なくとも１つの励起光源は、上記増幅用光ファイバの上記希土類元素イオンの吸収スペクトルのピーク波長帯域の波長を有する励起光を出射するものであってもよい。この場合において、上記ピーク波長帯域の波長を有する励起光を出射する上記少なくとも１つの励起光源は、上記複数の入力光ファイバの中で上記ブリッジファイバの上記入射端面の中心に最も近い領域に接続される上記入力光ファイバに接続されることが好ましい。
　上記第１の励起光の波長と上記第２の励起光の波長との差は５ｎｍよりも大きくてもよい。また、上記複数の励起光源のうち少なくとも１つの励起光源は、レーザ素子から出射される光の波長を狭帯域化可能な波長安定化素子を含んでいてもよい。
　本発明によれば、増幅用光ファイバの希土類元素イオンに対する吸収率が第１の励起光の波長よりも低い波長の第２の励起光を出射する第２の励起光源が、ブリッジファイバの入射端面の中心から外側に位置する第２の領域に接続される第２の入力光ファイバに接続されるので、第２の励起光が第１の励起高の入射角度よりも大きい入射角度で増幅用光ファイバに入射することとなる。このため、第２の励起光が増幅用光ファイバの希土類元素イオンが添加されたコア領域を通過する回数が増えるので、増幅用光ファイバにおける第２の励起光の吸収量を増やすことができる。したがって、増幅用光ファイバに対する第１の励起光と第２の励起光の吸収量を高いレベルで均一化することが可能となるので、希土類元素イオンの添加濃度を増加したり、増幅用光ファイバを長くしたりすることなく、増幅用光ファイバで吸収されずに伝搬する残留励起光を効果的に低減することができる。
　本出願は、２０１９年３月２９日に提出された日本国特許出願特願２０１９－０６７２２７号に基づくものであり、当該出願の優先権を主張するものである。当該出願の開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
　本発明は、複数の励起光源から出射される励起光を用いてレーザ光を出力するファイバレーザ装置に好適に用いられる。
　　１　　　ファイバレーザ装置
　１０　　　光共振器
　１２　　　増幅用光ファイバ
　１４　　　高反射ファイバブラッググレーディング
　１６　　　低反射ファイバブラッググレーディング
　２１～２３　　　励起光源
　３１～３３　　　光ファイバ
　４０　　　光コンバイナ
　４１～４３，１４１，１４２，２４１～２４４　　　入力光コンバイナ
　４５　　　出力光ファイバ
　４６　　　円筒部
　４６Ａ　　入射端面
　４７　　　絞り部
　５０　　　デリバリファイバ
　５２　　　レーザ出射部
　６１　　　コア
　６２　　　内側クラッド
　６３　　　外側クラッド
　８１　　　コア
　８２　　　クラッド
　８３　　　被覆
　９０　　　ブリッジファイバ

Claims (11)

  1. 　希土類元素イオンが添加されたコアと、前記希土類元素イオンを励起する励起光が伝搬可能なクラッド層とを有する増幅用光ファイバと、
    　前記励起光を生成可能な複数の励起光源と、
    　前記複数の励起光源からの前記励起光を結合して前記増幅用光ファイバに出力する光コンバイナと
    を備え、
    　前記光コンバイナは、
    　　前記複数の励起光源のそれぞれと接続される複数の入力光ファイバと、
    　　前記増幅用光ファイバに接続される出力光ファイバと、
    　　前記複数の入力光ファイバから前記出力光ファイバに向かって光軸方向に次第に断面積が小さくなる絞り部を含むブリッジファイバと
    を有し、
    　前記複数の励起光源は、
    　　第１の励起光を出射する第１の励起光源と、
    　　前記増幅用光ファイバの前記希土類元素イオンに対する吸収率が前記第１の励起光の波長よりも低い波長の第２の励起光を出射する第２の励起光源と
    を含み、
    　前記ブリッジファイバは、前記複数の入力光ファイバが接続される入射端面を有し、
    　前記複数の入力光ファイバは、
    　　前記ブリッジファイバの前記入射端面の第１の領域に接続される第１の入力光ファイバと、
    　　前記ブリッジファイバの前記入射端面の中心に対して前記第１の領域よりも外側に位置する第２の領域に接続される第２の入力光ファイバと
    を含み、
    　前記第１の励起光源は、前記第１の入力光ファイバに接続され、
    　前記第２の励起光源は、前記第２の入力光ファイバに接続される、
    ファイバレーザ装置。
  2. 　前記複数の励起光源は、前記増幅用光ファイバの前記希土類元素イオンに対する吸収率が前記第２の励起光の波長よりも低い波長の第３の励起光を出射する第３の励起光源をさらに含み、
    　前記複数の入力光ファイバは、前記ブリッジファイバの前記入射端面の中心に対して前記第２の領域よりも外側に位置する第３の領域に接続される第３の入力光ファイバをさらに含み、
    　前記第３の励起光源は、前記第３の入力光ファイバに接続される、
    請求項１に記載のファイバレーザ装置。
  3. 　前記複数の励起光源の中で前記増幅用光ファイバの前記希土類元素イオンに対する吸収率が最も低い波長の励起光を出射する励起光源が、前記複数の入力光ファイバの中で前記ブリッジファイバの前記入射端面の中心から最も離れた領域に接続される前記入力光ファイバに接続される、請求項１又は２に記載のファイバレーザ装置。
  4. 　前記複数の励起光源の中で前記増幅用光ファイバの前記希土類元素イオンに対する吸収率が最も高い波長の励起光を出射する励起光源が、前記複数の入力光ファイバの中で前記ブリッジファイバの前記入射端面の中心に最も近い領域に接続される前記入力光ファイバに接続される、請求項１から３のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
  5. 　前記複数の励起光源のすべての励起光源に関して、前記増幅用光ファイバの前記希土類元素イオンに対する吸収率が相対的に低い波長の励起光を出射する励起光源が、前記複数の入力光ファイバの中で前記ブリッジファイバの前記入射端面の中心に対して相対的に外側に位置する領域に接続される前記入力光ファイバに接続される、請求項１から４のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
  6. 　前記複数の励起光源から出射される励起光の波長及び前記複数の励起光源が接続される前記入力光ファイバは、前記増幅用光ファイバの前記希土類元素イオンに対する単位長さ当たりの吸収量が前記複数の励起光源から出射される全励起光で同一になるように設定される、請求項１から５のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
  7. 　前記複数の励起光源のうち少なくとも１つの励起光源は、前記増幅用光ファイバの前記希土類元素イオンの吸収スペクトルのピーク波長帯域の波長を有する励起光を出射し、
    　前記ピーク波長帯域の波長を有する励起光を出射する前記少なくとも１つの励起光源は、前記複数の入力光ファイバの中で前記ブリッジファイバの前記入射端面の中心に最も近い領域に接続される前記入力光ファイバに接続される、
    請求項１から６のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
  8. 　前記第１の励起光の波長と前記第２の励起光の波長との差は５ｎｍよりも大きい、請求項１から７のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
  9. 　前記複数の励起光源のうち少なくとも１つの励起光源は、レーザ素子から出射される光の波長を狭帯域化可能な波長安定化素子を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
  10. 　前記希土類元素はイッテルビウムである、請求項１から９のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
  11. 　前記複数の入力光ファイバの数は７、１０、１９、又は３１である、請求項１から１０のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
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