WO2021125162A1 - ビーム品質制御装置、及びこれを用いるレーザ装置 - Google Patents

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    • H01S3/1618—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth ytterbium

Definitions

  • the present invention relates to a beam quality control device and a laser device using the same.
  • Laser devices are used in various fields such as laser processing fields and medical fields because they have excellent light-collecting properties, high power density, and can obtain light that becomes a small beam spot.
  • a laser processing machine used in the laser processing field will be described.
  • the laser machine when a laser machine cuts an object with a laser beam which is an emitted light, the laser machine increases the power density of the laser light and increases the spot diameter of the laser light in order to improve the cutting accuracy. It is preferable to make it small and irradiate a narrow range of the object with a laser beam.
  • the laser processing machine when a laser processing machine welds an object with a laser beam, the laser processing machine reduces the density of the laser and reduces the spot diameter of the laser light in order to improve the uniformity of welding. It is preferable to increase the size and irradiate a wide range of the object with the laser beam.
  • changing the beam quality of the laser beam can be mentioned as one of the means for changing the diameter of the beam spot according to the processing application.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a laser device that changes the beam quality.
  • a wedge-shaped glass member is inserted and removed between an optical fiber on the upstream side that emits laser light and an optical fiber on the downstream side that has a plurality of optical waveguide layers.
  • a lens that deflects the laser beam is arranged between the optical fiber on the upstream side and the optical fiber on the downstream side.
  • the upstream optical fiber and the downstream optical fiber are optically coupled in space. Further, the incident position of the laser beam incident on the downstream optical fiber may change depending on the glass member or the lens, and the mode of the light propagating on the downstream optical fiber may change. That is, the beam quality of the laser light propagating in the optical fiber on the downstream side can change.
  • the mode of light is controlled in space.
  • a slight change in the position or orientation of the glass member or lens causes a large change in the position where the laser beam is incident on the optical fiber on the downstream side.
  • Such a slight change in the position or orientation of the glass member or lens can easily occur due to vibration, a change in environmental temperature, or the like. Therefore, the beam quality of the light propagating in the optical fiber on the downstream side tends to change significantly unintentionally due to vibration, a change in the environmental temperature, or the like. Therefore, it is difficult for the laser devices described in Patent Document 1 and Patent Document 2 to obtain light having a desired beam quality.
  • an object of the present invention is to provide a beam quality control device capable of obtaining light of a desired beam quality, and a laser device using the same.
  • an optical fiber having a core and a clad surrounding the outer peripheral surface of the core is in surface contact with at least a part of the outer peripheral surface of the optical fiber, and the heat is different from the coefficient of thermal expansion of the clad.
  • a stress applying unit having an expansion coefficient and a temperature control unit for controlling the temperature of the stress applying unit are provided.
  • the distribution of the external force applied to the clad by the stress applying unit is the circumference of the clad. It is characterized in that it contracts or expands due to a change in temperature by the temperature control unit so as to be non-uniform in the direction.
  • the stress applying unit contracts or expands.
  • the stress applying portion contracts or expands, the external force applied to the clad by the stress applying portion changes non-uniformly in the circumferential direction of the clad.
  • the distribution of stress applied to the core becomes non-uniform in the circumferential direction of the core, the distribution of the refractive index of the core changes, and the mode of light propagating through the core can change.
  • the stress applied to the core is controlled by the temperature, so that light of a desired beam quality can be obtained.
  • the beam quality control device since the beam quality is controlled in the optical fiber, the glass member and the lens are arranged in the space even if the vibration or the change in the environmental temperature occurs as described above. Unintentional changes in beam quality can be suppressed as compared to the case where the beam quality is controlled by. Therefore, the beam quality control device can obtain light of a desired beam quality.
  • the stress applying unit is arranged on the main surface and is thermally connected to the stress applying unit and the temperature control unit, and between the temperature control unit and the stress applying unit. It is preferable to further include a plate-shaped heat conductive member that conducts heat.
  • the heat of the temperature control unit When the temperature control unit generates heat, the heat of the temperature control unit is easily conducted over the entire heat conductive member in the plane direction of the heat conductive member, and the heat is easily transferred from the heat conductive member to the stress applying portion on the main surface of the heat conductive member. It can be easily conducted. Further, when the temperature control unit absorbs heat, the heat of the stress applying unit can be easily conducted over the entire heat conductive member in the plane direction of the heat conductive member, and can be easily conducted from the stress applying unit to the heat conductive member. As a result, the temperature of the stress-applied portion is likely to change, and the magnitude of stress in the stress-applied portion is likely to change depending on the temperature of the stress-applied portion. Therefore, according to this beam quality control device, the magnitude of the stress of the stress applying portion can be easily changed as compared with the case where the heat conductive member is not arranged.
  • the temperature control unit has a Perche element that is thermally connected to the heat conductive member.
  • the temperature of one surface of the Perche element rises and the temperature of the other surface falls.
  • the heat conductive member is arranged on one surface, heat is transferred from one surface to the stress applying portion via the heat conductive member, and the temperature of the stress applying portion is raised by the Perche element.
  • the temperature of one surface decreases and the temperature of the other surface increases.
  • the heat conductive member is arranged on one surface, heat is transferred from the stress applying portion to the Pelche element via the heat conductive member, and the temperature of the stress applying portion is lowered by the Pelche element.
  • the temperature of the stress applying portion changes depending on the direction of the current flowing in the Pelche element, and the magnitude of the stress of the stress applying portion can be controlled by the temperature of the stress applying portion. Therefore, according to this beam quality control device, the magnitude of stress in the stress applying portion can be controlled by the Perche element.
  • the temperature control unit includes a heat pump and a flow path unit through which a fluid whose temperature is changed by the heat pump flows, penetrates the heat conductive member, and changes the temperature of the stress applying unit by the fluid. Is preferable.
  • the heat pump controls the temperature of the fluid
  • the temperature of the stress applying portion changes depending on the fluid via the heat conductive member, and the magnitude of the stress of the stress applying portion can be controlled by the temperature of the stress applying portion. Therefore, according to this beam quality control device, the magnitude of stress in the stress applying portion can be controlled by the fluid flowing through the flow path portion.
  • the stress applying portion may be made of a resin having a non-uniform thickness between a contact surface that comes into surface contact with the outer peripheral surface of the optical fiber and an outer peripheral surface of the stress applying portion that is away from the contact surface. preferable.
  • the resin shrinks to apply tensile stress to the clad
  • the resin is used. Is preferably expanded to apply compressive stress to the clad.
  • the temperature control unit can control the shrinkage or expansion of the resin by controlling the temperature of the resin, and can control the stress by the shrinkage or expansion of the resin.
  • the beam quality control device further includes a frame member that surrounds at least a part of the stress applying portion, and the coefficient of thermal expansion of the frame member is smaller than the coefficient of thermal expansion of the stress applying portion.
  • the stress applying portion when the stress applying portion expands, the spread toward the frame member is suppressed by the frame member, so that the clad can be pressed with a stronger external force toward the clad as compared with the case where the frame member is not arranged.
  • the stress applying portion can apply a large compressive stress to the clad as compared with the case where the frame member is not arranged.
  • the frame member is preferably made of metal.
  • the stress applying portion includes a plate member and a pair of wall members erected on the plate member and sandwiching the optical fiber, and the plate member contracts in the alignment direction of the pair of wall portions.
  • the pair of wall members expand and apply compressive stress to the clad by contraction of the plate member, and release the compressive stress by expansion of the plate member.
  • the pair of wall members can apply compressive stress, which is stress, to the clad from both sides in the radial direction of the clad by shrinkage, and release the compressive stress by expansion.
  • compressive stress which is stress
  • the distribution of stress applied to the core becomes non-uniform in the circumferential direction of the core, and the mode of light propagating through the core may change. Therefore, even in this beam quality control device, light of a desired beam quality can be obtained.
  • the laser device of the present invention includes any of the beam quality control devices described above and a light source that emits light, and it is preferable that the light propagates to the core of the optical fiber.
  • the laser device can irradiate the object with beam quality light controlled by the beam quality control device. Further, as described above, in this beam quality control device, light of a desired beam quality can be obtained even if vibration or a change in environmental temperature occurs. Therefore, light of the desired beam quality can illuminate the object.
  • the laser device of the present invention includes any of the beam quality control devices described above and an excitation light source that emits excitation light, and the optical fiber is amplified by an active element excited by the excitation light. It is preferable that the light to be produced propagates.
  • Examples of the laser device having the above configuration include a resonator type laser device and an MO-PA (Master Oscillator Power Amplifier) type laser device.
  • the laser device can irradiate the object with beam quality light controlled by the beam quality control device.
  • this beam quality control device light of a desired beam quality can be obtained even if vibration or a change in environmental temperature occurs. Therefore, light of the desired beam quality can illuminate the object.
  • the laser device is provided on one side of the amplification optical fiber to which the active element is added and the amplification optical fiber, and emits light having at least a part of the wavelength of the light amplified by the active element.
  • the beam quality control device further includes an exit portion that emits light transmitted through the second FBG toward the object, and the beam quality control device is the second FBG from a connection point of the optical fiber for amplification and the optical fiber provided with the second FBG. It may be arranged between the farthest portion of the above and the exit portion.
  • the beam quality control device can easily bring the beam quality of the light emitted from the emitting portion closer to the desired beam quality as compared with the case where the beam quality control device is arranged other than between the second FBG and the emitting portion.
  • the laser device may further include a resonator in which the light amplified by the active element excited by the excitation light resonates, and the beam quality control device may be arranged inside the resonator. ..
  • the beam quality control device is arranged inside the resonator, and the light reciprocates inside the resonator.
  • the light propagates through the core each time it reciprocates inside the cavity, and the mode of light in the optical fiber can change each time it reciprocates, resulting in light of the desired beam quality.
  • the beam quality can be significantly changed as compared with the case where the beam quality control apparatus is arranged outside the resonator, and light of a desired beam quality can be obtained.
  • the resonance shaker is provided on one side of an amplification optical fiber to which the active element is added and an amplification optical fiber, and is a light having a wavelength of at least a part of the light amplified by the active element.
  • the beam quality control device is arranged between the connection point of the optical fiber for amplification and the optical fiber provided with the first FBG and the portion of the first FBG farthest from the connection point. Is preferable.
  • the power density of light between the connection point and the part of the first FBG farthest from the connection point is lower than the power density at the other part between the first FBG and the second FBG. Therefore, when the beam quality control device is arranged between the connection point and the relevant portion, heat generation in the optical fiber of the beam quality control device can be suppressed as compared with the case where the beam quality control device is arranged in the other portion. Therefore, damage to the beam quality control device can be suppressed.
  • the resonator is provided on one side of the amplification optical fiber to which the active element is added and the amplification optical fiber, and emits light having at least a part of the wavelength of the light amplified by the active element.
  • the amplification optical fiber may be the optical fiber in the beam quality control device.
  • the resonator is provided on one side of the amplification optical fiber to which the active element is added and the amplification optical fiber, and emits light having at least a part of the wavelength of the light amplified by the active element.
  • the beam quality control device may be arranged between a connection point of the optical fiber for amplification and the optical fiber provided with the second FBG and a portion of the second FBG farthest from the connection point. preferable.
  • the power density of light between the connection point and the part of the second FBG farthest from the connection point is higher than the power density of light at other parts between the first FBG and the second FBG. Therefore, when the beam quality control device is arranged between the connection point and the relevant portion, the beam quality may change more significantly than when the beam quality control device is arranged in the other portion, and the light emitted from the exit portion. It can be easier to bring the beam quality of the above to the desired beam quality.
  • the first FBG may be provided on the optical fiber in the beam quality control device.
  • the second FBG may be provided on the optical fiber in the beam quality control device.
  • the laser device further includes a storage unit that stores information on the beam quality of the light emitted from the laser device, and the temperature control unit stores the temperature of the stress applying unit in the storage unit. It is preferable to control the temperature based on information.
  • the temperature control unit controls the temperature of the stress application unit based on the information stored in the storage unit, and when the temperature of the stress application unit becomes the temperature based on this information, the laser
  • the beam quality of the light emitted from the device 1 can be the beam quality stored in the storage unit.
  • the beam-quality light stored in the storage unit can illuminate the object.
  • the present invention it is possible to provide a beam quality control device capable of obtaining light of a desired beam quality, and a laser device using the beam quality control device.
  • the optical fiber for amplification is an optical fiber of a beam quality control apparatus. It is a figure which shows the laser apparatus in 5th Embodiment. It is a figure which shows the laser apparatus in 6th Embodiment. It is a figure which shows the laser apparatus in 7th Embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a laser device 1 according to the present invention.
  • the laser apparatus 1 of the present embodiment includes a plurality of light sources 2, an optical fiber 21 that propagates light emitted from each light source 2, and a delivery optical fiber that is incident with light from the optical fiber 21.
  • the main configuration includes a beam quality control device 70 including a combiner 25, an optical fiber 50 into which light from the delivery optical fiber 10 is incident, and an emission unit 60 provided at an end portion of the optical fiber 50.
  • FIG. 2 is a diagram showing each light source 2 in the laser device 1.
  • each of the light sources 2 of the present embodiment is provided with an excitation light source 40 that emits excitation light and an active element that is excited by the excitation light when the excitation light emitted from the excitation light source 40 is incident.
  • the amplification optical fiber 30 is provided as a main configuration. Further, each of the light sources 2 is for injecting excitation light into the optical fiber 31 connected to one end of the amplification optical fiber 30, the first FBG (Fibber Bragg Gratings) 33 provided in the optical fiber 31, and the optical fiber 31.
  • FBG Fiber Bragg Gratings
  • the combiner 35, the optical fiber 32 connected to the other end of the amplification optical fiber 30, and the second FBG 34 provided in the optical fiber 32 are further provided as the main configurations.
  • a Fabry-Perot type resonator 200 is configured from the amplification optical fiber 30, the first FBG 33, and the second FBG 34. Therefore, the light source 2 of the present embodiment is a resonator type fiber laser device.
  • the excitation light source 40 is composed of a plurality of laser diodes 41.
  • the excitation light source 40 emits excitation light having a wavelength that excites the active element added to the amplification optical fiber 30.
  • Each laser diode 41 of the excitation light source 40 is connected to the excitation light optical fiber 45.
  • the light emitted from the laser diode 41 propagates through the excitation light optical fiber 45 optically connected to each laser diode 41.
  • Examples of the excitation light optical fiber 45 include a multimode fiber. In this case, the excitation light propagates through the excitation light optical fiber 45 as multimode light.
  • the wavelength of the excitation light is, for example, 915 nm.
  • the amplification optical fiber 30 surrounds the core and the outer peripheral surface of the core over the entire circumference, and surrounds the inner clad that adheres to the outer peripheral surface of the core without gaps and the outer peripheral surface of the inner clad over the entire circumference, and the inner clad. It has an outer clad that covers the outer peripheral surface of the outer clad without a gap, and a coating layer that surrounds the outer peripheral surface of the outer clad over the entire circumference and adheres to the outer peripheral surface of the inner clad without a gap.
  • the core of the amplification optical fiber 30 is made of quartz to which ytterbium (Yb) is added as an active element, and an element such as germanium that increases the refractive index is added as needed.
  • Yb ytterbium
  • a rare earth element other than ytterbium may be added as an active element according to the wavelength of the amplified light.
  • rare earth elements include thulium (Tm), cerium (Ce), neodymium (Nd), europium (Eu), erbium (Er) and the like.
  • the active element bismuth (Bi) and the like can be mentioned in addition to the rare earth element.
  • pure quartz to which no dopant is added can be mentioned.
  • An element that lowers the refractive index such as fluorine (F) and boron (B), may be added to the inner clad.
  • a material constituting the outer clad of the amplification optical fiber 30 for example, a resin having a refractive index lower than that of the inner clad can be mentioned.
  • a material constituting the coating layer of the amplification optical fiber 30, for example, a resin different from the resin constituting the outer clad can be mentioned.
  • the amplification optical fiber 30 is a single-mode fiber, but the core diameter is the same as that of the multimode fiber so that high-power signal light can propagate through the core of the amplification optical fiber 30. It may be configured to propagate the light of the mode. Further, the amplification optical fiber 30 may be a multimode fiber.
  • the optical fiber 31 has the same configuration as the amplification optical fiber 30 except that no active element is added to the core.
  • the optical fiber 31 is connected to one end of the amplification optical fiber 30. Therefore, the core of the amplification optical fiber 30 and the core of the optical fiber 31 are optically coupled, and the inner clad of the amplification optical fiber 30 and the inner clad of the optical fiber 31 are optically coupled.
  • the first FBG 33 is provided in the core of the optical fiber 31 connected to one side of the amplification optical fiber 30.
  • the first FBG 33 is configured by repeating a portion where the refractive index increases at regular intervals along the longitudinal direction of the optical fiber 31. By adjusting this period, the first FBG 33 reflects light in a predetermined wavelength band among the light emitted by the active element of the excited optical fiber 30 for amplification.
  • the core of the optical fiber 45 for excitation light is connected to the inner cladding of the optical fiber 31.
  • the excitation optical fiber 45 connected to the excitation light source 40 and the inner clad of the amplification optical fiber 30 are optically coupled via the inner clad of the optical fiber 31.
  • the optical fiber 36 is connected to the optical fiber 31.
  • the optical fiber 36 is, for example, an optical fiber having a core having the same diameter as the core of the optical fiber 31.
  • One end of the optical fiber 36 is connected to the optical fiber 31, and the core of the optical fiber 36 and the core of the optical fiber 31 are optically coupled.
  • a heat conversion unit E is connected to the side opposite to the combiner 35 side of the optical fiber 36.
  • the optical fiber 32 has a core similar to the core of the amplification optical fiber 30 except that no active element is added, a clad having the same configuration as the inner clad of the amplification optical fiber 30, and an amplification optical fiber 30. It has a coating layer having a structure similar to that of the coating layer of.
  • the clad of the optical fiber 32 surrounds the outer peripheral surface of the core of the optical fiber 32 over the entire circumference, and is in close contact with the outer peripheral surface of the core without a gap.
  • the coating layer of the optical fiber 32 surrounds the outer peripheral surface of the clad of the optical fiber 32 over the entire circumference, and is in close contact with the outer peripheral surface of the clad without a gap.
  • the optical fiber 32 is connected to the other end of the amplification optical fiber 30, and the core of the amplification optical fiber 30 and the core of the optical fiber 32 are optically coupled.
  • the second FBG 34 is provided in the core of the optical fiber 32 connected to the other side of the amplification optical fiber 30.
  • the second FBG 34 is configured by repeating a portion where the refractive index increases at regular intervals along the longitudinal direction of the optical fiber 32. With this configuration, the second FBG 34 reflects light having at least a part of the wavelength of the light reflected by the first FBG 33 with a reflectance lower than that of the first FBG 33.
  • the optical fiber 21 shown in FIG. 1 is connected to the side opposite to the amplification optical fiber 30 side of the optical fiber 32, and the optical fiber 32 and the optical fiber 21 constitute one optical fiber. By extending the optical fiber 32, a part of the optical fiber 32 may be the optical fiber 21.
  • the core of each optical fiber 21 is optically coupled to the core of the delivery optical fiber 10 by a combiner 25.
  • the delivery optical fiber 10 is, for example, a multimode fiber in which multimode light propagates.
  • the combiner 25 is, for example, a bridge fiber processed into a tapered shape.
  • the core of each optical fiber 21 is connected to the end face on the large diameter side of the bridge fiber which is the combiner 25, and the core of the delivery optical fiber 10 is connected to the end face on the small diameter side of the bridge fiber which is the combiner 25. Will be done. In this way, the core of each optical fiber 21 and the core of the delivery optical fiber 10 are optically coupled via the combiner 25.
  • the combiner 25 is not limited to the above-mentioned bridge fiber as long as the core of each optical fiber 21 and the core of the delivery optical fiber 10 are optically coupled.
  • the core of each optical fiber 21 can be used. It may be directly connected to the core of the delivery optical fiber 10.
  • the optical fiber 50 of the beam quality control device 70 is connected to the side opposite to the combiner 25 side of the delivery optical fiber 10, and one optical fiber is formed by the delivery optical fiber 10 and the optical fiber 50.
  • a part of the delivery optical fiber 10 may be an optical fiber 50.
  • the configuration of the delivery optical fiber 10 is the same as the configuration of the optical fiber 50 described later.
  • Light amplified by an active element excited by excitation light propagates from the first FBG 33 to the optical fiber 31, the amplification optical fiber 30, the optical fibers 32, 21, the delivery optical fiber 10, and the optical fiber 50 in the exit portion 60. To do.
  • the emitting unit 60 emits the light propagated from the optical fiber 50 to an object or the like.
  • the emitting portion 60 is, for example, a glass rod having a diameter larger than the diameter of the core 51 described later of the optical fiber 50.
  • the emitting portion 60 may be an end portion of the optical fiber 50, or may be an optical component such as a lens attached to the end portion of the optical fiber 50.
  • the resonator 200 is composed of the amplification optical fiber 30, the first FBG33, and the second FBG34. Therefore, the beam quality control device 70 of the present embodiment including the optical fiber 50 is arranged outside the resonator 200.
  • An example is shown in which the beam quality control device 70 of the present embodiment is arranged between the connection point of the delivery optical fiber 10 and the optical fiber 50 and the emission unit 60.
  • FIG. 3 is a diagram showing a beam quality control device 70.
  • the optical fiber 50 of the beam quality control device 70 surrounds the core 51 through which light propagates, the outer peripheral surface of the core 51 over the entire circumference, and the clad 53 that adheres to the outer peripheral surface of the core 51 without gaps, and the outer circumference of the clad 53. It has a coating layer 55 that surrounds the surface over the entire circumference and is in close contact with the outer peripheral surface of the clad 53 without gaps.
  • glass is used for the core 51 and the clad 53
  • resin is used for the coating layer 55.
  • the core 51 has the same configuration as the core of the amplification optical fiber 30 except that no active element is added.
  • the clad 53 has the same configuration as the inner clad of the amplification optical fiber 30.
  • the coating layer 55 has the same configuration as the coating layer of the amplification optical fiber 30.
  • the beam quality control device 70 includes a stress applying unit 80, a temperature control unit 90, a heat conductive member 111, an input unit 113, and a storage unit 115.
  • the stress applying portion 80 of the present embodiment is made of, for example, a moisture-curable resin.
  • This resin is, for example, a silicone-based resin.
  • the heat conductive member 111 is made of, for example, a metal plate member such as copper or aluminum nitride.
  • the stress applying portion 80 surrounds the outer peripheral surface of the coating layer 55 over the entire circumference, is in close contact with the outer peripheral surface of the coating layer 55 without gaps, and makes surface contact with the outer peripheral surface. Therefore, the outer peripheral surface of the optical fiber 50 is embedded in the stress applying portion 80.
  • the stress applying portion 80 may be in surface contact with at least a part of the outer peripheral surface of the optical fiber 50.
  • the thickness of the stress applying portion 80 between the contact surface of the stress applying portion 80 that is in surface contact with the outer peripheral surface of the coating layer 55 and the outer peripheral surface of the stress applying portion 80 that is away from the contact surface is non-uniform. ..
  • the distance between the outer peripheral surface of the clad 53 and the outer peripheral surface of the stress applying portion 80 in the radial direction of the optical fiber 50 is not constant but non-uniform.
  • the stress applying portion 80 has a semi-elliptical shape and is longer in the plane direction of the heat conductive member 111 than in the thickness direction of the heat conductive member 111.
  • the length of the stress applying portion 80 in the plane direction of the heat conductive member 111 is sufficiently longer than the diameter of the optical fiber 50, and the length of the stress applying portion 80 in the thickness direction of the heat conductive member 111 is larger than the diameter of the optical fiber 50. Very long.
  • the stress applying portion 80 is arranged on the main surface of the heat conductive member 111 together with the optical fiber 50, and fixes the optical fiber 50 to the heat conductive member 111.
  • the stress applying portion 80 surrounds the optical fiber 50 in a part of the total length of the optical fiber 50.
  • the temperature control unit 90 includes a temperature control main body unit 91, a power supply 93, and a Perche element 95.
  • the temperature control main body 91 for example, an integrated circuit such as a microcontroller, an IC (Integrated Circuit), an LSI (Large-scale Integrated Circuit), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or an NC (Numerical Control) device can be used. it can. Further, when the NC device is used, the temperature control unit 90 may use a machine learning device or may not use a machine learning device.
  • a microcontroller an integrated circuit
  • an IC Integrated Circuit
  • LSI Large-scale Integrated Circuit
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • NC Genetic Control
  • the purpose of the laser device 1 equipped with the beam quality control device 70 is input to the temperature control main body 91 from the input unit 113.
  • the temperature control main body 91 accesses the storage unit 115 and reads out the temperature of the stress applying unit 80 according to the application of the laser device 1 from the table stored in the storage unit 115.
  • the voltage of the power supply 93 is controlled by the temperature control main body 91 so that the temperature of the stress applying unit 80 becomes the temperature read from the table.
  • the power supply 93 applies a voltage to the Pelche element 95.
  • the temperature of one surface of the perche element 95 When a current flows through the perche element 95 in a predetermined direction by applying a voltage, the temperature of one surface of the perche element 95, which will be described later, rises and the temperature of the other surface falls. Further, when the voltage is switched and the current flows in the direction opposite to the above, the temperature of one surface of the perche element 95 decreases and the temperature of the other surface increases. The temperature of one surface and the other surface of the Perche element 95 changes depending on the magnitude of the current flowing through the Perche element 95. By changing the magnitude of the current, the degree of change in the temperature of the Pelche element 95 changes. When the magnitude of the electric current is constant, the temperature of the perche element 95 becomes constant. When no current flows, the Pelche element 95 does not generate heat or endothermic.
  • a heat conductive member 111 is arranged on one surface of the Perche element 95. As described above, when a current flows through the perche element 95 in a predetermined direction, the temperature of one surface of the perche element 95 rises. In this case, the heat of the Perche element 95 is transferred to the stress applying portion 80 via the heat conductive member 111, and the temperature of the stress applying portion 80 is raised by the Perche element 95. Further, as described above, when the current flows in the direction opposite to the above, the temperature of one surface of the Pelche element 95 on which the heat conductive member 111 is arranged drops. In this case, the heat of the stress applying portion 80 is transferred from the stress applying portion 80 to the Perche element 95 via the heat conductive member 111, and the temperature of the stress applying portion 80 is lowered by the Perche element.
  • a stress applying portion 80 is arranged on one surface of the main surface of the heat conductive member 111, and the other surface of the main surface of the heat conductive member 111 is placed on the Perche element 95.
  • the heat conductive member 111 is thermally connected to the stress applying portion 80 and the Pelche element 95, and conducts heat between the Pelche element 95 and the stress applying portion 80.
  • the heat conductive member 111 conducts the heat generated from the Perche element 95 to the stress applying portion 80.
  • the heat conductive member 111 conducts the heat of the stress applying portion 80 to the Perche element 95.
  • the coefficient of thermal expansion of the heat conductive member 111 is larger than the coefficient of thermal expansion of the clad 53 and the coefficient of thermal expansion of the stress applying portion 80, and smaller than the coefficient of thermal expansion of the coating layer 55.
  • the input unit 113 is operated by an operator who operates the laser device 1.
  • the input unit 113 inputs the application of the laser device 1 such as cutting or welding to the temperature control main body unit 91.
  • the input unit 113 is a general input device, and is, for example, a pointing device such as a keyboard or a mouse, a button switch, a dial, or the like.
  • the input unit 113 may select and input one application from a plurality of applications displayed on the display unit while the operator visually observes a display unit such as a monitor (not shown).
  • the input unit 113 may be used by the operator to input various commands for operating the laser device 1.
  • the storage unit 115 stores a table showing the relationship between the use of the laser device 1 and the temperature of the stress applying unit 80 corresponding to the use.
  • the storage unit 115 is, for example, a memory.
  • the coefficient of thermal expansion of the stress applying portion 80 is different from the coefficient of thermal expansion of the clad 53.
  • the coefficient of thermal expansion of the stress applying portion 80 will be described as being larger than the coefficient of thermal expansion of the clad 53.
  • the coefficient of thermal expansion of the stress applying portion 80 and the coefficient of thermal expansion of the clad 53 are made smaller than the coefficient of thermal expansion of the coating layer 55.
  • the stress applying portion 80 When the temperature of the stress applying portion 80 is at a predetermined temperature, the stress applying portion 80 is not contracted or expanded, and stress such as tensile stress or compressive stress is applied to the clad 53 via the coating layer 55. It is in a state where it is not. Further, similarly to the stress applying portion 80, the coating layer 55 is not contracted or expanded under a certain predetermined temperature, and is in a state in which stress such as tensile stress or compressive stress is not applied to the clad 53. .. In such a case, the distribution of the external force applied to the clad 53 by the stress applying portion 80 and the coating layer 55 is in a uniform state in the circumferential direction of the clad 53.
  • the predetermined temperature is, for example, the temperature at which the moisture-curable resin, which is the stress-applying portion 80, is cured.
  • the heat of the stress applying portion 80 is conducted to the Perche element 95 via the heat conductive member 111.
  • the temperature of the stress applying portion 80 drops below the predetermined temperature, and the stress applying portion 80 contracts as compared with the predetermined temperature.
  • the outer peripheral surface of the stress applying portion 80 and the inner peripheral surface of the stress applying portion 80 approach each other so that the thickness of the stress applying portion 80 becomes thin.
  • the heat of the coating layer 55 is conducted to the Perche element 95 via the stress applying portion 80 and the heat conductive member 111, and the temperature of the coating layer 55 drops below a predetermined temperature. Therefore, the coating layer 55 also shrinks as compared with the predetermined temperature, like the stress applying portion 80.
  • the stress applying portion 80 contracts more than the clad 53. Then, as shown in FIG. 4, the stress applying portion 80 can pull the clad 53 on the inner peripheral surface of the stress applying portion 80 via the coating layer 55 to apply tensile stress to the clad 53.
  • the coating layer 55 contracts more than the stress applying portion 80 and the clad 53. ..
  • the outer peripheral surface of the coating layer 55 is suppressed from shrinking toward the clad 53 by the shrinkage on the inner peripheral surface of the stress applying portion 80. Therefore, the coating layer 55 can pull the clad 53 with a stronger force as compared with the case where the stress applying portion 80 is not arranged.
  • the coating layer 55 can apply a large tensile stress to the clad 53 as compared with the case where the stress applying portion 80 is not arranged.
  • the heat of the Perche element 95 is conducted to the stress applying portion 80 via the heat conductive member 111.
  • the temperature of the stress applying portion 80 rises above a predetermined temperature, and the stress applying portion 80 expands as compared with the predetermined temperature.
  • the outer peripheral surface of the stress applying portion 80 and the inner peripheral surface of the stress applying portion 80 are separated from each other so that the thickness of the stress applying portion 80 becomes thicker.
  • the heat of the Perche element 95 is also conducted to the coating layer 55 via the heat conductive member 111 and the stress applying portion 80, and the temperature of the coating layer 55 rises above a predetermined temperature. Therefore, the coating layer 55 also expands as compared with the predetermined temperature, like the stress applying portion 80.
  • the stress applying portion 80 expands more than the clad 53. Then, as shown in FIG. 5, the stress applying portion 80 can press the clad 53 on the inner peripheral surface of the stress applying portion 80 via the coating layer 55 to apply compressive stress to the clad 53.
  • the coating layer 55 expands more than the stress applying portion 80 and the clad 53. To do. In this case, the outer peripheral surface of the coating layer 55 is suppressed from expanding toward the stress applying portion 80 by the expansion on the inner peripheral surface of the stress applying portion 80. Therefore, the coating layer 55 can press the clad 53 with a stronger force than when the stress applying portion 80 is not arranged. As a result, the coating layer 55 can apply a large compressive stress to the clad 53 as compared with the case where the stress applying portion 80 is not arranged.
  • the stress applying portion 80 can contract or expand depending on the temperature of the stress applying portion 80, apply a tensile stress which is a stress due to the contraction to the clad 53, and apply a compressive stress which is a stress to the clad 53 due to the expansion.
  • the coating layer 55 may contract or expand depending on the temperature of the coating layer 55, apply a tensile stress which is a stress due to the contraction to the clad 53, and apply a compressive stress which is a stress due to the expansion to the clad 53.
  • the degree of contraction of the stress applying portion 80 increases as the temperature of the stress applying portion 80 becomes lower than a predetermined temperature. Therefore, the magnitude of the tensile stress of the stress applying portion 80 becomes larger as the temperature of the stress applying portion 80 becomes lower than the predetermined temperature. Further, the degree of expansion of the stress applying portion 80 becomes larger as the temperature of the stress applying portion 80 becomes higher than a predetermined temperature. Therefore, the magnitude of the compressive stress of the stress applying portion 80 becomes larger as the temperature of the stress applying portion 80 becomes higher than a predetermined temperature. Similarly, the magnitude of the tensile stress of the coating layer 55 increases as the temperature of the coating layer 55 becomes lower than a predetermined temperature. Further, the magnitude of the compressive stress of the coating layer 55 increases as the temperature of the coating layer 55 becomes higher than a predetermined temperature.
  • the external force applied to the clad 53 by the stress applying portion 80 and the coating layer 55 changes, and the distribution of the external force in the clad 53 is in the circumferential direction of the clad 53. It becomes non-uniform.
  • the distribution of stress applied to the core 51 becomes non-uniform in the circumferential direction of the core 51, the distribution of the refractive index of the core 51 changes, and the mode of light propagating through the core 51 can change.
  • the stress applied to the core 51 is controlled by the temperature, the beam quality is controlled in the optical fiber 50 by this control, and light of a desired beam quality can be obtained.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between the temperature of the stress applying portion 80 of the present embodiment and the amount of change in beam quality.
  • the graph shown by the solid line in FIG. 6 will be described.
  • the above-mentioned predetermined temperature is set to, for example, 25 ° C. Therefore, in this case, the distribution of the external force is in a uniform state in the circumferential direction of the clad 53, and the amount of change in the beam quality is zero.
  • the temperature of the stress applying portion 80 and the amount of change in beam quality in this case will be described below.
  • the amount of change in beam quality due to the tensile stress of the stress applying portion 80 is 0.003
  • the temperature of the stress applying portion 80 is 15 ° C.
  • the larger tension of the stress applying portion 80 is obtained.
  • the amount of change in beam quality due to stress is 0.015.
  • the temperature of the stress applying unit 80 is 30 ° C.
  • the amount of change in beam quality due to the compressive stress of the stress applying unit 80 is 0.007, and when the temperature of the stress applying unit 80 is 35 ° C.
  • the amount of change in beam quality is 0.025 due to a large compressive stress
  • the amount of change in beam quality is 0.047 due to the largest compressive stress in the stress applying section 80 when the temperature of the stress applying section 80 is 40 ° C. can get.
  • the graph shown by the dotted line in FIG. 6 will be described.
  • the above-mentioned predetermined temperature is set to, for example, 35 ° C. Therefore, in this case, the distribution of the external force is in a uniform state in the circumferential direction of the clad 53, and the amount of change in the beam quality is zero.
  • the temperature of the stress applying portion 80 and the amount of change in beam quality in this case will be described below.
  • the amount of change in beam quality due to the tensile stress of the stress applying portion 80 is 0.003
  • the temperature of the stress applying portion 80 is 25 ° C.
  • the larger tension of the stress applying portion 80 is obtained.
  • the amount of change in beam quality due to stress is 0.015.
  • the temperature of the stress applying portion 80 is 40 ° C.
  • the amount of change in beam quality due to the compressive stress of the stress applying portion 80 is 0.007, and when the temperature of the stress applying portion 80 is 45 ° C.
  • the amount of change in beam quality is 0.025 due to a large compressive stress
  • the amount of change in beam quality is 0.047 due to the largest compressive stress in the stress applying section 80 when the temperature of the stress applying section 80 is 50 ° C. can get.
  • the compressive stress becomes larger and the distribution of the refractive index of the core 51 changes, so that the amount of change in the beam quality can become larger. That is, the magnitude of stress is controlled by the temperature of the stress applying unit 80, and the amount of change in beam quality can increase as the temperature of the stress applying unit 80 deviates from a predetermined temperature. In this way, the stress applied to the core 51 is controlled by the temperature of the stress applying portion 80, and the beam quality is controlled in the optical fiber 50 by this control, and light of a desired beam quality can be obtained.
  • the stress applying portion 80 contracts and the tensile stress
  • the stress applying portion 80 expands and applies compressive stress. Therefore, regardless of the value of the predetermined temperature, when the temperature of the stress applying portion 80 changes with respect to the predetermined temperature, the stress applying portion 80 contracts or expands. As a result, it can be seen that the beam quality changes because the distribution of the refractive index of the core 51 changes.
  • the temperature of the stress applying portion 80 and the temperature of the coating layer 55 are predetermined temperatures, and the stress applying portion 80 and the coating layer 55 are not contracted or expanded and are tensioned. A state in which stress such as stress or compressive stress is not applied to the clad 53 will be described. Therefore, the distribution of the external force applied to the clad 53 by the stress applying portion 80 and the coating layer 55 is uniform in the circumferential direction of the clad 53.
  • the operator who operates the laser device 1 inputs the application of the laser device 1 such as cutting or welding to the input unit 113.
  • the input unit 113 inputs this application to the temperature control unit 90.
  • the temperature control main body 91 accesses the storage unit 115 and reads out the temperature of the stress applying unit 80 according to the application from the table stored in the storage unit 115.
  • the temperature control main body 91 controls the voltage of the power supply 93 so that the temperature of the stress applying unit 80 becomes the temperature read from the table.
  • the power supply 93 applies a voltage to the perche element 95, the temperature of one surface of the perche element 95 rises or falls, and the temperature of the other surface of the perche element 95 falls or rises in the opposite direction to the one surface.
  • the stress applying portion 80 and the temperature of the coating layer 55 When the temperature of the stress applying portion 80 and the temperature of the coating layer 55 become lower than a predetermined temperature due to the temperature drop of one surface of the Perche element 95, the stress applying portion 80 and the coating layer 55 pull the clad 53 by shrinkage. A tensile stress is applied to the clad 53.
  • the stress applying portion 80 and the coating layer 55 apply tensile stress, which is a stress, to the clad 53 due to shrinkage, and compressive stress, which is a stress due to expansion, to the clad 53.
  • the lower the temperature of the stress applying portion 80 and the temperature of the coating layer 55 than a predetermined temperature the greater the tensile stress. Further, the higher the temperature of the stress applying portion 80 and the temperature of the coating layer 55 than the predetermined temperature, the larger the compressive stress becomes.
  • the temperature of the stress applying portion 80 and the temperature of the coating layer 55 are controlled according to the application of the laser device 1.
  • the magnitude of the stress of the stress applying portion 80 and the magnitude of the stress of the coating layer 55 are controlled by the temperature of the stress applying portion 80 and the temperature of the coating layer 55.
  • the magnitude of the stress applied to the clad 53 may change.
  • the external force applied to the clad 53 by the stress applying portion 80 and the coating layer 55 changes, and the distribution of the external force may become non-uniform in the circumferential direction of the clad 53.
  • the distribution of stress applied to the core 51 becomes non-uniform in the circumferential direction of the core 51, the distribution of the refractive index of the core 51 changes, and the mode of light propagating through the core 51 can change.
  • the degree of change in the light mode varies depending on the application of the laser device 1.
  • excitation light is emitted from each laser diode 41 of the excitation light source 40.
  • the excitation light emitted from the excitation light source 40 enters the inner cladding of the amplification optical fiber 30 via the excitation light optical fiber 45 and the optical fiber 31.
  • the excitation light incident on the inner clad of the amplification optical fiber 30 mainly propagates through the inner clad and excites the active element added to the core when passing through the core of the amplification optical fiber 30.
  • the activated element in the excited state emits spontaneously emitted light, light of a part of the naturally emitted light is reflected by the first FBG33, and of the reflected light, the light of the wavelength reflected by the second FBG34 is the first.
  • the light reciprocates between the first FBG 33 and the second FBG 34, that is, inside the resonator 200, and the light is amplified by stimulated emission when propagating through the core of the amplification optical fiber 30, and a laser oscillation state is generated.
  • the wavelength of light at this time is, for example, 1070 nm.
  • some of the amplified light passes through the second FBG 34 and is emitted from the optical fiber 32. This light enters the core of the delivery optical fiber 10 from the optical fiber 21 via the combiner 25.
  • the delivery optical fiber 10 is a multimode fiber
  • the light incident on the core of the delivery optical fiber 10 propagates through the core in the multimode. Then, the light propagating in the core propagates from the delivery optical fiber 10 to the optical fiber 50.
  • the light amplified by the active element excited by the excitation light propagates from the first FBG 33 to the optical fiber 31, the amplification optical fiber 30, the optical fibers 32, 21, the delivery optical fiber 10, and the optical fiber 50. ..
  • the distribution of the refractive index of the core 51 of the optical fiber 50 is changed by the beam quality control device 70 according to the application of the laser device 1 such as cutting or cutting, and the number of light modes in the optical fiber 50 is changed according to the application. doing. Therefore, for example, depending on the application, the single-mode light is changed to the multi-mode light, the number of modes of the multi-mode light is reduced, or the multi-mode light is changed to the single-mode light. Therefore, the light has a desired beam quality depending on the application. Then, the light is emitted from the emitting unit 60 and irradiates the object or the like with the desired beam quality according to the application.
  • the power of light propagating through the cores of the optical fibers 32, 21, 50 and the delivery optical fiber 10 is, for example, 1 kW or more.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment surface-contacts the optical fiber 50 having the core 51 and the clad 53 surrounding the outer peripheral surface of the core 51 with at least a part of the outer peripheral surface of the optical fiber 50. It includes a stress applying unit 80 having a coefficient of thermal expansion different from the coefficient of thermal expansion of the clad 53, and a temperature control unit 90 for controlling the temperature of the stress applying unit 80.
  • the stress applying unit 80 contracts or contracts due to a change in the temperature of the stress applying unit 80 by the temperature control unit 90 so that the distribution of the external force applied to the clad 53 by the stress applying unit 80 becomes non-uniform in the circumferential direction of the clad 53. Inflate.
  • the stress applying unit 80 contracts or expands.
  • the stress applying portion 80 contracts or expands, the external force applied to the clad 53 by the stress applying portion 80 changes non-uniformly in the circumferential direction of the clad 53.
  • the distribution of stress applied to the core 51 becomes non-uniform in the circumferential direction of the core 51, the distribution of the refractive index of the core 51 changes, and the mode of light propagating through the core 51 may change. ..
  • the coating layer 55 is arranged, and the distribution of the refractive index of the core 51 can be further changed by the coating layer 55, and the mode of light propagating through the core 51 can be changed. ..
  • the stress applied to the core 51 is controlled by the temperature, so that light having a desired beam quality can be obtained.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment since the beam quality is controlled in the optical fiber 50, even if vibration or a change in environmental temperature occurs as described above, a glass member or a lens is placed in the space. Unintentional changes in beam quality can be suppressed as compared to the case where the placement controls the beam quality. Therefore, in the beam quality control device 70 of the present embodiment, light of a desired beam quality can be obtained.
  • the stress applying unit 80 is arranged on the main surface and is thermally connected to the stress applying unit 80 and the temperature control unit 90, and the temperature control unit 90 and the stress applying unit 80 are connected.
  • a plate-shaped heat conductive member 111 that conducts heat between the two is further provided.
  • the heat of the temperature control unit 90 is easily conducted over the entire heat conductive member 111 in the plane direction of the heat conductive member 111, and the main surface of the heat conductive member 111 to the heat conductive member 111. It may be easily conducted to the upper stress applying portion 80. Further, when the temperature control unit 90 absorbs heat, the heat of the stress applying unit 80 is easily conducted over the entire heat conductive member 111 in the plane direction of the heat conductive member 111, and the heat is easily conducted from the stress applying unit 80 to the heat conductive member 111. It can be easily conducted.
  • the temperature of the stress applying portion 80 is likely to change, and the magnitude of the stress of the stress applying portion 80 is likely to change depending on the temperature of the stress applying portion 80. Therefore, according to the beam quality control device 70, the magnitude of the stress of the stress applying portion 80 can be easily changed as compared with the case where the heat conductive member 111 is not arranged.
  • the temperature control unit 90 has a Perche element 95 that is thermally connected to the heat conductive member 111.
  • the temperature of one surface of the perche element 95 rises and the temperature of the other surface falls.
  • the heat conductive member 111 is arranged on one surface, heat is transferred from one surface to the stress applying portion 80 via the heat conductive member 111, and the temperature of the stress applying portion 80 is determined by the Pelche element 95.
  • the temperature of one surface decreases and the temperature of the other surface increases.
  • the heat conductive member 111 when the heat conductive member 111 is arranged on one surface, heat is transferred from the stress applying portion 80 to the Perche element 95 via the heat conducting member 111, and the temperature of the stress applying portion 80 is caused by the Perche element 95. Descend.
  • the temperature of the stress applying unit 80 changes depending on the direction of the current flowing through the perche element 95, and the magnitude of the stress of the stress applying unit 80 can be controlled by the temperature of the stress applying unit 80. Therefore, according to the beam quality control device 70, the magnitude of the stress of the stress applying portion 80 can be controlled by the Perche element 95.
  • the stress applying portion 80 has a thickness between the contact surface that comes into surface contact with the outer peripheral surface of the optical fiber 50 and the outer peripheral surface of the stress applying portion 80 that is separated from the contact surface. Consists of non-uniform resin.
  • the resin when the temperature of the resin is lower than the predetermined temperature, the resin shrinks to apply tensile stress to the clad 53, and the temperature of the resin becomes higher than the predetermined temperature. When high, the resin expands to apply compressive stress to the clad 53.
  • the temperature control unit 90 can control the shrinkage or expansion of the resin by controlling the temperature of the resin, and can control the stress by the shrinkage or expansion of the resin.
  • the laser device 1 of the present embodiment includes a beam quality control device 70 and a light source 2 that emits light. Light propagates to the core 51 of the optical fiber 50 of the beam quality control device 70.
  • the laser device 1 can irradiate the object with beam quality light controlled by the beam quality control device 70. Further, as described above, in this beam quality control device 70, light of a desired beam quality can be obtained even if vibration, a change in environmental temperature, or the like occurs. Therefore, light of the desired beam quality can illuminate the object.
  • the laser device 1 of the present embodiment includes a beam quality control device 70 and an excitation light source 40 that emits excitation light. Light amplified by the active element excited by the excitation light propagates to the optical fiber 50 of the beam quality control device 70.
  • the laser device 1 can irradiate the object with beam quality light controlled by the beam quality control device 70. Further, as described above, in this beam quality control device 70, light of a desired beam quality can be obtained even if vibration, a change in environmental temperature, or the like occurs. Therefore, light of the desired beam quality can illuminate the object.
  • the laser apparatus 1 of the present embodiment is provided on one side of the amplification optical fiber 30 to which the active element is added and the amplification optical fiber 30, and has a wavelength of at least a part of the light amplified by the active element.
  • It further includes an exit unit 60 that emits light transmitted through the 2FBG 34 toward the object.
  • the beam quality control device 70 is arranged between the farthest portion of the second FBG from the connection point of the amplification optical fiber 30 and the optical fiber 32 and the exit portion 60.
  • the beam quality control device 70 has a desired beam quality of the beam quality of the light emitted from the emitting unit 60 as compared with the case where the beam quality control device 70 is arranged other than between the farthest portion and the emitting unit 60. Can be easier to approach.
  • the laser device 1 of the present embodiment further includes an input unit 113 for inputting the application of the laser device 1 to the temperature control unit 90, and a storage unit 115 for storing the temperature of the stress applying unit according to the application.
  • the temperature control unit 90 controls the temperature of the stress application unit 80 to the temperature of the stress application unit 80 read from the storage unit 115.
  • the object since the degree of change in the light mode of the laser device 1 changes according to the application of the laser device 1, the object can be irradiated with light of beam quality suitable for each application.
  • the processing performance such as the processing speed and the processing quality of the laser device 1 can be improved as compared with the case where the object is not irradiated with the light of the beam quality suitable for each application.
  • FIG. 7 is a diagram showing a beam quality control device 70 according to this embodiment.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment is different in that the configuration of the temperature control unit 90 is different from the configuration of the temperature control unit 90 of the first embodiment, and the beam quality control device 70 further includes a frame member 117. It is different from the beam quality control device 70 of the first embodiment.
  • the temperature control unit 90 of the present embodiment includes a temperature control main body unit 91, a heat pump 97, and a flow path unit 99.
  • the heat pump 97 cools or heats the fluid flowing through the flow path portion 99 under the control of the temperature control main body portion 91.
  • the temperature of the heat pump 97 is controlled by the temperature control main body 91.
  • the flow path portion 99 penetrates the heat conductive member 111 and is arranged directly below the optical fiber 50.
  • the flow path portion 99 is thermally connected to the heat conductive member 111.
  • the flow path portion 99 is, for example, a pipe such as a pipe.
  • a fluid flows through the flow path portion 99, and this fluid is, for example, a liquid.
  • the flow path portion 99 extends to the outside of the heat conductive member 111, and is thermally connected to the heat pump 97 outside the heat conductive member 111. The temperature of the fluid changes due to the heat from the heat pump 97.
  • the flow path portion 99 is not necessarily arranged directly under the optical fiber 50, but may be arranged so as to be thermally connected to the heat conductive member 111.
  • the frame member 117 is made of, for example, metal.
  • the frame member 117 is placed on the heat conductive member 111 and is thermally connected to the heat conductive member 111.
  • the cross section of the frame member 117 is concave, and the stress applying portion 80 and the optical fiber 50 are arranged inside the concave frame member 117.
  • the stress applying portion 80 that surrounds the optical fiber 50 over the entire circumference is in contact with the inner peripheral surface of the frame member 117 and is thermally connected to the frame member 117.
  • the frame member 117 surrounds the stress applying portion 80, which is a resin.
  • the frame member 117 may surround at least a part of the stress applying portion 80.
  • the height of the inner side surface of the concave cross section of the frame member 117 is longer than the diameter of the optical fiber 50.
  • the frame member 117 fixes the stress applying portion 80 to the optical fiber 50.
  • the coefficient of thermal expansion of the frame member 117 is smaller than the coefficient of thermal expansion of the stress applying portion 80. Further, when the stress applying portion 80 expands, the frame member 117 suppresses the spread of the stress applying portion 80 toward the frame member 117.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment in the temperature control unit 90, a fluid whose temperature is changed by the heat pump 97 and the heat pump 97 flows, penetrates the heat conductive member 111, and changes the temperature of the stress applying unit 80 by the fluid. It has a flow path portion 99 for causing the flow. Further, in the beam quality control device 70 of the present embodiment, the stress applying portion 80 is thermally connected to the flow path portion 99 via the frame member 117 and the heat conductive member 111.
  • the heat pump 97 controls the temperature of the fluid by cooling or heating
  • the temperature of the stress applying portion 80 changes depending on the fluid via the heat conductive member 111, and the magnitude of the stress of the stress applying portion 80 depends on the temperature of the stress applying portion 80. Can be controlled. Therefore, according to the beam quality control device 70, the magnitude of stress in the stress applying portion can be controlled by the fluid flowing through the flow path portion 99.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment further includes a frame member 117 that surrounds at least a part of the stress applying portion 80, and the coefficient of thermal expansion of the frame member 117 is smaller than the coefficient of thermal expansion of the stress applying portion 80. Has been done.
  • the stress applying portion 80 expands, the spread toward the frame member 117 is suppressed by the frame member 117, so that the clad 53 is pressed toward the clad 53 with a stronger external force than when the frame member 117 is not arranged. Can be pressed. As a result, the stress applying portion 80 can apply a large compressive stress to the clad 53 as compared with the case where the frame member 117 is not arranged.
  • the frame member 117 is made of metal.
  • the stress of the stress applying portion 80 can change faster than in the case where the frame member 117 is not arranged.
  • the heat of the fluid is also conducted to the frame member 117 via the heat conductive member 111.
  • the coefficient of thermal expansion of the frame member 117 is lower than the coefficient of thermal expansion of the stress applying portion 80. Therefore, the contraction or expansion of the frame member 117 due to heat has almost no effect on the contraction or expansion of the stress applying portion 80.
  • FIG. 8 is a diagram showing a beam quality control device 70 according to this embodiment.
  • the configuration of the stress applying unit 80 is different from the configuration of the stress applying unit 80 of the first embodiment.
  • the stress applying portion 80 of the present embodiment has a plate member 81 and a pair of wall members 83 erected on the plate member 81.
  • the plate member 81 is made of, for example, a metal such as copper.
  • the plate member 81 is mounted on the perche element 95 and is thermally connected to the perche element 95.
  • the plate member 81 contracts or expands in the alignment direction of the pair of wall members 83 due to the heat conducted from the Pelche element 95.
  • the coefficient of thermal expansion of the plate member 81 is made larger than the coefficient of thermal expansion of the clad 53.
  • the plate member 81 may be the heat conductive member 111 of the first embodiment.
  • the wall member 83 is made of, for example, metal.
  • the wall member 83 is fixed to the plate member 81.
  • the pair of wall members 83 sandwich the optical fiber 50 in the radial direction and are in contact with the optical fiber 50.
  • the plate member 81 When the temperature of the plate member 81 is at a predetermined temperature, the plate member 81 is not contracted or expanded, and the wall member 83 merely sandwiches the optical fiber 50 and is in contact with the optical fiber 50. .. Therefore, the plate member 81 is in a state in which stress such as compressive stress is not applied to the clad 53 via the wall member 83. In such a case, the distribution of the external force applied to the clad 53 by the stress applying portion 80 is in a uniform state in the circumferential direction of the clad 53.
  • the heat of the plate member 81 is conducted to the Perche element 95 via the heat conductive member 111.
  • the temperature of the plate member 81 drops below the predetermined temperature, and the plate member 81 contracts as compared with the predetermined temperature.
  • the coefficient of thermal expansion of the plate member 81 is larger than the coefficient of thermal expansion of the clad 53, the plate member 81 contracts more than the clad 53.
  • the plate member 81 contracts in the direction in which the pair of wall members 83 are arranged.
  • the pair of wall members 83 approach each other. Then, the pair of wall members 83 can press the clad 53 from both sides in the radial direction of the clad 53 to apply compressive stress to the clad 53.
  • the heat of the Perche element 95 is conducted to the plate member 81 via the heat conductive member 111.
  • the temperature of the plate member 81 rises above the temperature at the time of contraction, and the plate member 81 expands as compared with the time of contraction.
  • the coefficient of thermal expansion of the plate member 81 is larger than the coefficient of thermal expansion of the clad 53, the plate member 81 expands more than the clad 53.
  • the plate member 81 expands in the direction in which the pair of wall members 83 are arranged.
  • the pair of wall members 83 are separated from each other. Then, the pair of wall members 83 can release the application of compressive stress at the time of contraction.
  • the pair of wall members 83 can apply compressive stress, which is stress, to the clad 53 from both sides in the radial direction of the clad 53 by shrinkage, and release the compressive stress by expansion.
  • compressive stress which is stress
  • the distribution of stress applied to the core 51 becomes non-uniform in the circumferential direction of the core 51, and the mode of light propagating through the core 51 may change.
  • light of a desired beam quality can be obtained.
  • FIG. 9 is a diagram showing a light source 2 in the laser device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a beam quality control device for the light source of FIG. 9.
  • the position of the beam quality control device 70 and the configuration of the beam quality control device 70 are different from those of the first embodiment.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment is arranged inside the resonator 200 in each light source 2.
  • the resonator 200 is composed of an amplification optical fiber 30, a first FBG 33, and a second FBG 34.
  • the beam quality control device 70 is arranged between the connection point of the amplification optical fiber 30 and the optical fiber 32 and the portion of the second FBG 34 farthest from the connection point.
  • the second FBG 34 has a configuration in which a high refractive index portion having a refractive index higher than that of the core of the optical fiber 32 and a low refractive index portion having a refractive index equivalent to that of the core of the optical fiber 32 are alternately repeated. ..
  • the most distant portion is the high refractive index portion of the second FBG34, which is the farthest from the connection point.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment has an optical fiber 32 as shown in FIG. 10 instead of the optical fiber 50 shown in FIG. 3 and the like.
  • the core 32a of the optical fiber 32 has the same configuration as the core 51 of the optical fiber 50
  • the clad 32b of the optical fiber 32 has the same configuration as the clad 53 of the optical fiber 50
  • the coating layer 32c of the optical fiber 32 has the same configuration as the optical fiber. It has the same configuration as the coating layer 55 of 50.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment like the beam quality control device 70 of the first embodiment, includes a stress applying unit 80, a temperature control unit 90, a heat conductive member 111, an input unit 113, and the like. It has a storage unit 115.
  • the temperature control main body 91 and the power supply 93 of the temperature control unit 90, the input unit 113, and the storage unit 115 may be shared by the beam quality control device 70 in each light source 2.
  • the stress applying portion 80 of the present embodiment is the outer peripheral surface of the coating layer 32c of the optical fiber 32. Is in close contact with the outer peripheral surface of the coating layer 32c without a gap, and is in surface contact with the outer peripheral surface.
  • the stress applying portion 80 surrounding the optical fiber 32 has the same configuration as the stress applying portion 80 of the first embodiment surrounding the optical fiber 50.
  • the optical fiber 32 of the beam quality control device 70 of the present embodiment is provided with a second FBG 34.
  • the stress applying portion 80 is arranged between the connection point of the amplification optical fiber 30 and the optical fiber 32 and the portion of the second FBG 34 farthest from the connection point.
  • the stress applying portion 80 of the present embodiment may contract or expand depending on the temperature of the stress applying portion 80, apply a tensile stress which is a stress due to the contraction to the clad 32b, and apply a compressive stress which is a stress to the clad 32b due to the expansion. .. Further, the coating layer 32c of the optical fiber 32 can contract or expand depending on the temperature of the coating layer 32c, apply a tensile stress which is a stress due to the contraction to the clad 32b, and apply a compressive stress which is a stress to the clad 32b by the expansion. ..
  • the magnitude of stress such as the above compressive stress and tensile stress changes depending on the temperature of the stress applying portion 80 and the coating layer 32c.
  • the external force applied to the clad 32b by the stress applying portion 80 and the coating layer 32c changes, and the distribution of the external force in the clad 32b becomes non-uniform in the circumferential direction of the clad 32b.
  • the distribution of stress applied to the core 32a becomes non-uniform in the circumferential direction of the core 32a, the distribution of the refractive index of the core 32a changes, and the mode of light propagating through the core 32a can change.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the relationship between the temperature of the stress applying portion 80 of the present embodiment and the amount of change in beam quality.
  • a predetermined temperature is set to, for example, 25 ° C. Therefore, in this case, the distribution of the external force is in a uniform state in the circumferential direction of the clad 32b, and the amount of change in the beam quality is 0.
  • the temperature of the stress applying portion 80 and the amount of change in beam quality in this case will be described below.
  • the amount of change in beam quality due to the tensile stress of the stress applying portion 80 is 0.013, and when the temperature of the stress applying portion 80 is 20 ° C., the larger tension of the stress applying portion 80 The result is that the amount of change in beam quality due to stress is 0.039. Further, when the temperature of the stress applying unit 80 is 27 ° C., the amount of change in beam quality due to the compressive stress of the stress applying unit 80 is 0.015, and when the temperature of the stress applying unit 80 is 30 ° C. The result is that the amount of change in beam quality is 0.040 due to the large compressive stress.
  • a predetermined temperature is set to, for example, 35 ° C. Therefore, in this case, the distribution of the external force is in a uniform state in the circumferential direction of the clad 32b, and the amount of change in the beam quality is 0.
  • the temperature of the stress applying portion 80 and the amount of change in beam quality in this case will be described below.
  • the amount of change in beam quality due to the tensile stress of the stress applying portion 80 is 0.013, and when the temperature of the stress applying portion 80 is 31 ° C, the larger tension of the stress applying portion 80. The result is that the amount of change in beam quality due to stress is 0.039. Further, when the temperature of the stress applying unit 80 is 37 ° C., the amount of change in beam quality due to the compressive stress of the stress applying unit 80 is 0.015, and when the temperature of the stress applying unit 80 is 40 ° C. The result is that the amount of change in beam quality is 0.040 due to the large compressive stress.
  • the magnitude of the stress applied to the core 32a is controlled by the temperature of the stress applying unit 80, and the temperature of the stress applying unit 80 is a predetermined temperature, as in the case described with reference to FIG. 6 in the first embodiment.
  • the amount of change in beam quality can increase as the distance from the distance increases. Further, when the stress applied to the core 32a is controlled as described above, the beam quality is controlled in the optical fiber 32, and light having a desired beam quality can be obtained.
  • the temperature of the stress applying unit 80 is predetermined regardless of the predetermined temperature.
  • the stress applying portion 80 contracts or expands.
  • the distribution of the refractive index of the core 32a changes, and the mode of the light propagating through the core 32a changes, so that the beam quality changes.
  • the graph in the present embodiment shown by the solid line in FIG. 11 and the graph in the first embodiment shown by the solid line in FIG. 6 are compared. Comparing the two graphs, the graph of FIG. 11 is steeper than the graph of FIG. Therefore, when the temperature of the stress applying unit 80 changes at the same temperature in each of the present embodiment and the first embodiment with respect to a predetermined temperature, the amount of change in the beam quality in the present embodiment is the same as the beam quality in the first embodiment. It can be seen that it is larger than the amount of change.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment is arranged inside the resonator 200 even if the temperature change is the same as that of the beam quality control device 70 of the first embodiment, the beam quality control device 70 of the first embodiment It can be seen that a change in beam quality greater than 70 can be obtained.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment since the beam quality control device 70 of the present embodiment is arranged inside the resonator 200, the beam quality control device of the first embodiment causes a temperature change smaller than that of the beam quality control device 70 of the first embodiment. It can be seen that the same amount of change in beam quality as 70 can be obtained. Further, regarding the dotted line graphs of FIGS. 11 and 6, similarly to the solid line graphs of FIGS.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment is the same as the beam quality control device 70 of the first embodiment. It can be seen that even with the same temperature change, a larger amount of change in beam quality than that of the beam quality control device 70 of the first embodiment can be obtained.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment the beam quality is significantly changed as compared with the beam quality control device 70 of the first embodiment even if the temperature change is the same as that of the beam quality control device 70 of the first embodiment. obtain. Further, in the beam quality control device 70 of the present embodiment, when the light of the same beam quality as that of the beam quality control device 70 of the first embodiment is obtained, the temperature change is smaller than that of the beam quality control device 70 of the first embodiment. Light with the desired beam quality can be obtained in a short time.
  • the magnitude of the stress applied to the clad 32b may change.
  • the external force applied to the clad 32b by the stress applying portion 80 and the coating layer 32c changes, and the distribution of the external force may become non-uniform in the circumferential direction of the clad 32b.
  • the distribution of stress applied to the core 32a becomes non-uniform in the circumferential direction of the core 32a, the distribution of the refractive index of the core 32a changes, and the mode of light propagating through the core 32a can change.
  • the degree of light mode varies depending on the application of the laser device 1.
  • the excitation light emitted from the excitation light source 40 enters the inner cladding of the amplification optical fiber 30 via the excitation light optical fiber 45 and the optical fiber 31.
  • This excitation light mainly propagates through the inner cladding and excites the active element added to the core when passing through the core of the amplification optical fiber 30.
  • the activated element in the excited state emits spontaneously emitted light, light of a part of the naturally emitted light is reflected by the first FBG33, and of the reflected light, the light of the wavelength reflected by the second FBG34 is the first. It is reflected by 2FBG34. Therefore, the light reciprocates between the first FBG 33 and the second FBG 34, that is, inside the resonator 200.
  • the stress applying portion 80 of the present embodiment is arranged inside the resonator 200 between the connection point of the amplification optical fiber 30 and the optical fiber 32 and the portion of the second FBG 34 farthest from the connection point. Further, the distribution of the refractive index of the core 32a is changed by the beam quality control device 70 according to the application of the laser device 1 such as cutting or cutting. Therefore, each time the light reciprocates inside the resonator 200, it propagates through the core 32a, and each time the light reciprocates, the number of modes of light in the optical fiber 32 changes depending on the application.
  • the single-mode light is changed to the multi-mode light, the number of modes of the multi-mode light is reduced, or the multi-mode light is changed to the single-mode light.
  • the beam quality of the light of the present embodiment can be significantly changed as compared with the case where the beam quality control device 70 is arranged outside the resonator 200, and light of a desired beam quality according to the application can be obtained. .. Further, the beam quality control device 70 controls the beam quality each time the light reciprocates inside the resonator 200.
  • the light passes through the second FBG 34 and propagates through the optical fiber 32, the optical fiber 21, the combiner 25, and the core of the delivery optical fiber 10 in a state of having the desired beam quality according to the application, and emits the light.
  • the object or the like is irradiated from 60.
  • the laser device 1 of the present embodiment further includes a resonator 200 in which the light amplified by the active element excited by the excitation light resonates, and the beam quality control device 70 is arranged inside the resonator 200.
  • the beam quality control device 70 In such a laser device 1, light propagates through the core 32a of the beam quality control device 70 each time it reciprocates inside the resonator 200, and the mode of light can change in the optical fiber 32 each time it reciprocates, which is desired. Beam quality light is obtained. Further, according to the laser device 1 of the present embodiment, the beam quality can be significantly changed as compared with the case where the beam quality control device 70 is arranged outside the resonator 200, and light of a desired beam quality can be obtained. .. Further, in the laser device 1, when the state of the optical fiber changes according to the application of the laser device 1, the degree of change in the light mode changes according to the application of the laser device 1. Therefore, a desired beam according to the application. You get quality light.
  • the degree of change in the mode of light when the light passes through the beam quality control device 70 once is compared with the case where the beam quality control device is arranged outside the cavity 200. Even if it is small, the amount of change in the beam quality of the light emitted from the laser device 1 is the same as the amount of change in the beam quality when the beam quality control device is arranged outside the cavity 200 due to the reciprocation of the light. Can be. Therefore, when the beam quality of the light emitted from the laser device 1 is changed from a predetermined state to another state, the amount of change in the refractive index distribution of the core 32a of the laser device 1 of the present embodiment is the beam quality control device.
  • the time for changing the refractive index distribution of the core 32a can be shortened as compared with the case where the beam quality control device is arranged outside the resonator 200, and the light can be shortened. Can change to the desired beam quality light in a short time.
  • the amount of change in beam quality obtained by the beam quality control device 70 arranged inside the resonator 200 is to be obtained by the beam quality control device arranged outside the resonator 200
  • the number of beam quality control devices arranged outside the resonator 200 is increased as compared with the beam quality control device 70 arranged inside the resonator 200, or the optical fiber in which the stress applying portion is arranged is arranged.
  • the length will be longer. Therefore, when the beam quality control device 70 is arranged outside the resonator 200, there is a concern that the beam quality control device 70 may become large in size or cost high.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment is arranged inside the resonator 200, it is possible to suppress an increase in size and cost of the beam quality control device 70. Therefore, the size and cost of the laser device 1 as a whole can be suppressed.
  • the stress applied to the core 32a is controlled by the temperature, so that light having a desired beam quality can be obtained.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment since the beam quality is controlled in the optical fiber 32, the glass member and the lens are arranged in the space even if vibration or a change in the environmental temperature occurs. Unintended changes in beam quality can be suppressed as compared to the case where beam quality is controlled by. Therefore, in the beam quality control device 70 of the present embodiment, light of a desired beam quality can be obtained.
  • the resonator 200 is provided on one side of the amplification optical fiber 30 to which the active element is added and the amplification optical fiber 30, and at least the light amplified by the active element is provided.
  • the first FBG 33 that reflects light of a part of the wavelength and the light of at least a part of the wavelengths of the light that is provided on the other side of the amplification optical fiber 30 and reflected by the first FBG 33 is reflected with a lower reflectance than that of the first FBG 33. It has a second FBG34 and.
  • the beam quality control device 70 is arranged between the connection point of the amplification optical fiber 30 and the optical fiber 32 and the portion of the second FBG 34 farthest from the connection point.
  • the power density of light between the connection point and the part of the second FBG34 farthest from the connection point is higher than the power density of light at other parts between the first FBG and the second FBG. Therefore, when the beam quality control device 70 is arranged between the connection point and the relevant portion, the beam quality changes more significantly than when the beam quality control device 70 is arranged at another portion between the first FBG and the second FBG. This can make it easier to bring the beam quality of the light emitted from the exit unit 60 closer to the desired beam quality. Further, the beam quality control device 70 can easily bring light having a high power density closer to a desired beam quality as compared with the case where the beam quality control device 70 is arranged in another portion, and the beam quality of the light emitted from the exit unit 60 is desired. It can be easier to approach the beam quality.
  • the stress applying portion 80 surrounds the outer peripheral surface of the coating layer 32c of the optical fiber 32 in the portion where the second FBG 34 is located over the entire circumference, and is in close contact with the outer peripheral surface of the coating layer 32c without a gap. You may make surface contact with the surface.
  • the beam quality control device 70 is the farthest from the connection point of the amplification optical fiber 30 and the optical fiber 31 and the connection point of the first FBG 33. It may be placed between the parts and the parts.
  • the optical fiber 31 is an optical fiber of the beam quality control device 70, and the optical fiber 31 is provided with a first FBG 33.
  • the stress applying portion 80 is arranged between the connection point and the portion of the first FBG 33 farthest from the connection point. In FIG. 12, the stress applying portion 80 is omitted for the sake of easy viewing.
  • the coefficient of thermal expansion of the inner clad of the optical fiber 31 in the modified example is the same as the coefficient of thermal expansion of the clad 53 of the first embodiment, and the coefficient of thermal expansion of the coating layer of the optical fiber 31 in the modified example is the same as the coefficient of thermal expansion of the coating layer 55 of the first embodiment. It is the same as the coefficient of thermal expansion of.
  • the coefficient of thermal expansion of the outer clad of the optical fiber 31 in the modified example is made smaller than the coefficient of thermal expansion of the inner clad of the optical fiber 31 in the modified example and the coating layer of the optical fiber 31 in the modified example.
  • the contraction or expansion of the outer clad has little effect on the contraction or expansion of the inner clad, and has little effect on the contraction or expansion of the stress applying portion 80.
  • the first FBG 33 has a configuration in which a high refractive index portion having a refractive index higher than that of the core surrounded by the clad of the optical fiber 31 and a low refractive index portion having a refractive index equivalent to that of the core are alternately repeated. ..
  • the most distant portion is the high refractive index portion of the first FBG33 farthest from the connection point.
  • the power density of light between the connection point and the portion of the first FBG 33 farthest from the connection point is lower than the power density at the other portion between the first FBG and the second FBG. Therefore, when the beam quality control device 70 is arranged between the connection point and the relevant portion, the beam quality control device 70 of the beam quality control device 70 is compared with the case where the beam quality control device 70 is arranged at another portion between the first FBG and the second FBG. Heat generation in the optical fiber 31 can be suppressed. Therefore, damage to the beam quality control device 70 can be suppressed.
  • the stress applying portion 80 surrounds the outer peripheral surface of the coating layer of the optical fiber 31 in the portion where the first FBG 33 is located over the entire circumference, and is in close contact with the outer peripheral surface of the coating layer without a gap. Face contact may be performed.
  • the amplification optical fiber 30 may be the optical fiber of the beam quality control device 70.
  • the stress applying portion 80 in the stress applying portion 80 is arranged between the winding portion of the amplification optical fiber 30 and the connection point between the amplification optical fiber 30 and the optical fiber 31.
  • the stress applying portion 80 is omitted for the sake of easy viewing.
  • the stress applying portion 80 may be arranged in the winding portion of the amplification optical fiber 30.
  • the stress applying portion 80 may be arranged between the winding portion of the amplification optical fiber 30 and the connection point between the amplification optical fiber 30 and the optical fiber 32.
  • the coefficient of thermal expansion of the inner clad of the amplification optical fiber 30 in the modified example is the same as the coefficient of thermal expansion of the clad 53 of the first embodiment, and the coefficient of thermal expansion of the coating layer of the amplification optical fiber 30 in the modified example is the same as that of the first embodiment. It is the same as the coefficient of thermal expansion of the coating layer 55 of. Further, the coefficient of thermal expansion of the outer clad of the amplification optical fiber 30 in the modified example is made smaller than the coefficient of thermal expansion of the inner clad of the amplification optical fiber 30 in the modified example and the coating layer of the amplification optical fiber 30 in the modified example. ..
  • the contraction or expansion of the outer clad has little effect on the contraction or expansion of the inner clad, and has little effect on the contraction or expansion of the stress applying portion 80.
  • FIG. 14 is a diagram showing the laser device 1 of the present embodiment.
  • the laser device 1 of the present embodiment includes a light source 2, an optical fiber 50 connected to the light source 2, and an emission unit 60 connected to the optical fiber 50.
  • the light source 2 includes an excitation light source 40, an optical fiber 45 for excitation light connected to the excitation light source 40, and a resonator 200 connected to the optical fiber 45 for excitation light and the optical fiber 50.
  • the light source 2 of the present embodiment is different from the Fabry-Perot type resonator 200 of the first embodiment in that the resonator 200 is a ring type.
  • the resonator 200 of the present embodiment includes an optical fiber 31, an optical fiber 30 for amplification, a beam quality control device 70 having the same configuration as the beam quality control device 70 of the fourth embodiment, a combiner 121, and an optical isolator 123. , A bandpass filter 125 and an output coupler 127.
  • One end of the optical fiber 31 is connected to one end of the amplification optical fiber 30.
  • the other end of the amplification optical fiber 30 is connected to one end of the optical fiber 32, and the other end of the optical fiber 32 is connected to the incident end of the optical isolator 123.
  • the exit end of the optical isolator 123 is connected to one end of an optical fiber 32 different from the above-mentioned optical fiber 32, and the other end of the optical fiber 32 is connected to the incident end of the bandpass filter 125.
  • the exit end of the bandpass filter 125 is connected to one end of an optical fiber 32 further different from the above-mentioned optical fiber 32, and the other end of the optical fiber 32 is the other end of the optical fiber 31 connected to the amplification optical fiber 30.
  • a ring-shaped resonator is configured, and the beam quality control device 70 is arranged inside the ring-shaped resonator 200.
  • a stress applying portion 80 of the beam quality control device 70 is arranged on the optical fiber 32 having one end connected to the optical fiber 31 and the other end connected to the exit end of the bandpass filter 125. In FIG. 14, the stress applying portion 80 is omitted for the sake of easy viewing.
  • the core of the optical fiber 45 for excitation light is connected to the inner cladding of the optical fiber 31.
  • the excitation optical fiber 45 and the inner clad of the amplification optical fiber 30 are optically coupled via the inner clad of the optical fiber 31.
  • the core 32a of the optical fiber 32 in the beam quality control device 70 is connected to the core of the optical fiber 31. In FIG. 14, the core 32a is not shown.
  • the optical isolator 123 suppresses the return of light from the bandpass filter 125 side to the amplification optical fiber 30 side via the optical isolator 123.
  • the bandpass filter 125 limits the band of the wavelength of the light passing through the bandpass filter 125.
  • the bandpass filter 125 for example, light having a wavelength different from the wavelength of the light emitted from the emitting unit 60 is limited.
  • the wavelength of the light emitted from the emitting unit 60 is, for example, 1070 nm.
  • the core of the optical fiber 50 is optically connected to the core 32a of the optical fiber 32 connected to the exit end of the bandpass filter 125. Therefore, a part of the light from the bandpass filter 125 propagates to the core of the optical fiber 50, and the other part of the light propagates to the core 32a of the optical fiber 32 in the beam quality control device 70.
  • the excitation light emitted from the excitation light source 40 enters the inner clad of the amplification optical fiber 30 via the core of the excitation light optical fiber 45 and the inner clad of the optical fiber 31.
  • the excitation light incident on the inner clad of the amplification optical fiber 30 mainly propagates through the inner clad and excites the active element added to the core when passing through the core of the amplification optical fiber 30.
  • the excited active element emits spontaneously emitted light, and light of a part of the wavelengths of the naturally emitted light enters the core 32a of the optical fiber 32 and passes through the optical isolator 123 and the bandpass filter 125. Propagates to the output coupler 127.
  • the return of light from the bandpass filter 125 side to the amplification optical fiber 30 side via the optical isolator 123 is suppressed.
  • the bandpass filter 125 the band of the wavelength of the light passing through the bandpass filter 125 is limited. A part of the band-limited light propagates from the output coupler 127 to the beam quality controller 70. Then, the light propagates from the core 32a of the optical fiber 32 of the beam quality control device 70 to the core of the optical fiber 31 and goes around the inside of the resonator 200.
  • the active element of the amplification optical fiber 30 causes stimulated emission due to the band-limited light by the bandpass filter 125. Light is amplified in a predetermined wavelength band by this stimulated emission, and the amplified light propagates through the optical fiber 32.
  • the stress applying unit 80 changes the state of the optical fiber 32.
  • the distribution of the refractive index of the core 32a of the optical fiber 32 changes depending on the application of the laser device 1 such as cutting or cutting.
  • the number of modes of light in the core 32a changes depending on the application. Therefore, for example, depending on the application, the single-mode light is changed to the multi-mode light, the number of modes of the multi-mode light is reduced, or the multi-mode light is changed to the single-mode light.
  • the beam quality of light changes significantly as compared with the case where the beam quality control device 70 is arranged outside the resonator 200, light having a desired beam quality according to the application can be obtained. Then, a part of the light is incident on the core of the optical fiber 50 from the output coupler 127 with the desired beam quality according to the application, propagates through the core of the optical fiber 50, and is an object or the like from the exit 60. Is irradiated to. Also, the other part of the light goes around the inside of the resonator 200.
  • the laser device 1 the light goes around the inside of the resonator 200, and the stress applying portion 80 changes the state of the optical fiber 32. Therefore, when the light propagates in the core 32a of the optical fiber 32 every time the light goes around the inside of the resonator 200, the mode of the light can be changed in the core 32a, and the light of a desired beam quality can be obtained. Therefore, in the laser device 1 of the present embodiment, since the light propagates through the core 32a every time the light goes around the inside of the resonator 200, the beam quality is as compared with the case where the beam quality control device is arranged outside the resonator 200. Can vary more significantly, resulting in the desired beam quality of light for the application.
  • the light of the desired beam quality can be obtained in a short time in the same manner as the light of the desired beam quality can be obtained in a short time in the fourth embodiment. Further, also in the laser apparatus 1 of the present embodiment, as in the case of the laser apparatus 1 of the fourth embodiment, the increase in size and cost can be suppressed.
  • the amplification optical fiber 30 of the beam quality control device 70 is wound and arranged, when the amplification optical fiber having the same length as the wound amplification optical fiber 30 is linearly arranged.
  • the laser device 1 can be downsized as compared with the above.
  • FIG. 15 is a diagram showing the laser device 1 of the present embodiment.
  • the laser device 1 of the present embodiment includes a light source 2, an optical fiber 50, and an emission unit 60.
  • the light source 2 of the present embodiment is different from the light source 2 composed of the fiber laser apparatus of the fourth embodiment in that it is composed of a solid-state laser apparatus.
  • the light source 2 includes an excitation light source 40, a total reflection mirror 141, a condenser lens 143, an amplification medium 145, a collimating lens 147, a condenser lens 149, a beam quality control device 70, a collimating lens 151, and the like.
  • a partial reflection mirror 153 and a condenser lens 155 are mainly provided.
  • the total reflection mirror 141 the excitation light emitted from the excitation light source 40 is transmitted. Further, the total internal reflection mirror totally reflects the light in a predetermined wavelength band among the naturally emitted light emitted by the active element of the amplification medium 145 excited by the excitation light.
  • the condensing lens 143 condenses the excitation light transmitted through the total reflection mirror 141 on the amplification medium 145.
  • the amplification medium 145 is a glass rod, and the material of the glass rod is Nd: YAG.
  • the excitation light from the excitation light source 40 excites the active element added to the amplification medium 145.
  • the excited active element emits spontaneously emitted light, and a part of the naturally emitted light having a certain wavelength propagates to the collimating lens 147, and another part of the light emits the condensing lens 143. It propagates to the total reflection mirror 141 via.
  • the collimating lens 147 converts the light emitted from the amplification medium 145 into parallel light.
  • the condensing lens 149 condenses the light converted into parallel light by the collimating lens 147 onto the core 32a of the optical fiber 32 of the beam quality control device 70.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment has the same configuration as the beam quality control device 70 of the fourth embodiment.
  • the collimating lens 151 converts the light emitted from the beam quality control device 70 into parallel light.
  • the partial reflection mirror 153 reflects a part of the light converted into parallel light by the collimating lens 151 to the collimating lens 151. Further, the partial reflection mirror 153 reflects light having at least a part of the wavelength of the light reflected by the total reflection mirror 141 with a lower reflectance than that of the total reflection mirror 141. The other part of the light passes through the partially reflective mirror 153.
  • the condensing lens 155 condenses the light transmitted through the partial reflection mirror 153 on the optical fiber 50.
  • the Fabry-Perot type cavity 200 is configured from the total reflection mirror 141, the amplification medium 145, and the partial reflection mirror 153, and the beam quality control device 70 is the Fabry-Perot type cavity 200. It is located inside the.
  • the excitation light emitted from the excitation light source 40 passes through the total reflection mirror 141 and is focused on the amplification medium 145 by the condenser lens 143.
  • the excitation light excites the active element added to the amplification medium 145.
  • the activated element in the excited state emits spontaneously emitted light, and light of a part of the wavelengths of the naturally emitted light is emitted from the amplification medium 145. Part of the light propagates to the collimating lens 147 and another part of the light propagates to the condenser lens 143.
  • the light propagating to the collimating lens 147 is converted into parallel light by the collimating lens 147.
  • the light, which is parallel light is focused on the core 32a of the optical fiber 32 of the beam quality control device 70 by the condenser lens 149.
  • the light is emitted from the core 32a toward the collimating lens 151, and is converted into parallel light by the collimating lens 151.
  • Light having a wavelength of a part of the parallel light is reflected by the partial reflection mirror 153 on the collimating lens 151.
  • the reflected light is collected by the collimating lens 151 on the core 32a of the optical fiber 32 of the beam quality control device 70.
  • the light is emitted from the core 32a toward the condenser lens 149, converted into parallel light by the condenser lens 149, and condensed on the amplification medium 145 by the collimating lens 147.
  • the light passes through the amplification medium 145 and propagates to the condenser lens 143.
  • the light propagating from the amplification medium 145 to the condenser lens 143 is converted into parallel light by the condenser lens 143 and propagates to the total reflection mirror 141.
  • Light of a part of the wavelength of the propagating light is totally reflected by the total reflection mirror 141 and propagates toward the partial reflection mirror 153 again as described above.
  • the light reciprocates between the total reflection mirror 141 and the partial reflection mirror 153, that is, inside the resonator 200. Therefore, light is amplified by stimulated emission in the amplification medium 145, and a laser oscillation state is generated.
  • a part of the light passes through the partial reflection mirror 153 and is incident on the core of the optical fiber 50 by the condenser lens 155.
  • the light propagates through the core of the optical fiber 50 and is irradiated to an object or the like from the exit portion 60.
  • the beam quality control device 70 is arranged between the total reflection mirror 141 and the partial reflection mirror 153, and the distribution of the refractive index of the core 32a of the optical fiber 32 is cut or cut by the beam quality control device 70. It changes according to the application. Therefore, when the light propagates in the core 32a every time the light reciprocates inside the resonator 200, the number of modes of light in the core 32a changes depending on the application. Therefore, for example, depending on the application, the single-mode light is changed to the multi-mode light, the number of modes of the multi-mode light is reduced, or the multi-mode light is changed to the single-mode light. Since the beam quality of light changes significantly as compared with the case where the beam quality control device 70 is arranged outside the resonator 200, light having a desired beam quality according to the application can be obtained.
  • the laser device 1 of the present embodiment even if the light source 2 is composed of the solid-state laser device, the light reciprocates inside the resonator 200, so that the beam quality control device 70 is arranged outside the resonator 200. Compared to, the beam quality can vary more and the desired beam quality of light is obtained. Further, according to the laser apparatus 1 of the present embodiment, the light of the desired beam quality can be obtained in a short time in the same manner as the light of the desired beam quality can be obtained in a short time in the fourth embodiment. Further, also in the laser apparatus 1 of the present embodiment, as in the case of the laser apparatus 1 of the fourth embodiment, the increase in size and cost can be suppressed.
  • FIG. 16 is a diagram showing the laser device 1 of the present embodiment.
  • the laser device 1 of the present embodiment includes a light source 2, a reflection mirror 157, and an emission unit 60.
  • the light source 2 of the present embodiment is different from the light source 2 composed of the solid-state laser apparatus of the sixth embodiment in that it is composed of a gas laser apparatus.
  • the light source 2 is different from that of the sixth embodiment in that the excitation light source 40 emits the excitation light to the amplification medium 145 and the configuration of the amplification medium 145 is different from that of the sixth embodiment.
  • the amplification medium 145 of the present embodiment is a glass tube in which a gas such as CO 2 is sealed.
  • a gas such as CO 2
  • the gas in the excited state emits spontaneous emission light, and light of a part of the wavelengths of the spontaneous emission light is emitted.
  • the light reciprocates between the total reflection mirror 141 and the partial reflection mirror 153, that is, inside the resonator 200. Therefore, light is amplified by stimulated emission in the amplification medium 145, and a laser oscillation state is generated. Then, a part of the light passes through the partial reflection mirror 153 and is focused on the reflection mirror 157 by the condenser lens 155. The light is reflected by the reflecting mirror 157 to the emitting unit 60, and is irradiated to the object or the like from the emitting unit 60.
  • the beam quality control device 70 of the present embodiment is arranged between the total reflection mirror 141 and the partial reflection mirror 153, and the distribution of the refractive index of the core 32a of the optical fiber 32 is cut or cut by the beam quality control device 70. It changes according to the application of the laser device 1. Therefore, when the light propagates in the core 32a every time the light reciprocates inside the resonator 200, the number of modes of light in the core 32a changes depending on the application. Therefore, for example, depending on the application, the single-mode light is changed to the multi-mode light, the number of modes of the multi-mode light is reduced, or the multi-mode light is changed to the single-mode light. Since the beam quality of light changes significantly as compared with the case where the beam quality control device 70 is arranged outside the resonator 200, light having a desired beam quality according to the application can be obtained.
  • the laser device 1 of the present embodiment even if the light source 2 is composed of a gas laser device, the light reciprocates inside the resonator 200, so that the beam quality control device 70 is arranged outside the resonator 200. Compared to, the beam quality can vary more and the desired beam quality of light is obtained. Further, according to the laser apparatus 1 of the present embodiment, the light of the desired beam quality can be obtained in a short time in the same manner as the light of the desired beam quality can be obtained in a short time in the fourth embodiment. Further, also in the laser apparatus 1 of the present embodiment, as in the case of the laser apparatus 1 of the fourth embodiment, the increase in size and cost can be suppressed.
  • the stress applying portion 80 may be in surface contact with at least a part of the outer peripheral surfaces of the coating layers 32c and 55.
  • the coating layer 55 may not be arranged on the clad 53, and the optical fiber 50 may have only the core 51 and the clad 53.
  • the stress applying portion 80 may be in surface contact with at least a part of the outer peripheral surface of the clad 53. Further, the stress applying portion 80 can be contracted or expanded even if the coating layer 55 is not arranged. As a result, even if the coating layer 55 is not arranged, the external force applied to the clad 53 by the stress applying portion 80 changes non-uniformly in the circumferential direction of the clad 53.
  • the beam quality control device 70 since the beam quality is controlled in the optical fiber 50, the beam quality is controlled by arranging the lens in the space even if vibration or a change in the environmental temperature occurs. Unintentional changes in beam quality can be suppressed as compared to the case. Therefore, in this beam quality control device 70, light of a desired beam quality can be obtained.
  • the beam quality control device 70 of the first embodiment has been described, but in the beam quality control device 70 of the fourth embodiment, as described above, the optical fiber 32 has the same configuration as the optical fiber 50 and is optical.
  • the stress applying portion 80 surrounding the fiber 32 has the same configuration as the stress applying portion 80 of the first embodiment surrounding the optical fiber 50. Therefore, the optical fiber 32 may have only the core 32a and the clad 32b. In this case, the stress applying portion 80 may be in surface contact with at least a part of the outer peripheral surface of the clad 32b. Even in this case, the beam quality control device 70 can obtain light of a desired beam quality.
  • the stress applying portion 80 may surround the outer peripheral surface of the optical fibers 32, 50 over the entire length of the optical fibers 32, 50.
  • the stress applying portion 80 surrounds the outer peripheral surface of at least a part of the outer peripheral surfaces of the optical fibers 32 and 50 in the longitudinal direction over the entire circumference, and closely adheres to the outer peripheral surface of the part without a gap. Therefore, the outer peripheral surface of the part may be in surface contact with the outer peripheral surface.
  • the stress applying portion 80 may be arranged on at least a part of the outer peripheral surface of the part. When the stress applying portion 80 surrounds the optical fiber 32, 50 in a part of the total length of the optical fiber 32, 50, a plurality of stress applying portions 80 may be arranged apart from each other.
  • the temperature control main body 91 may directly input the temperature value of the stress applying unit 80 according to the application of the laser device 1 from the input unit 113.
  • the temperature control unit 90 may have a temperature measurement unit that measures the temperature of the stress application unit 80.
  • the temperature control main body 91 may further control the voltage of the power supply 93 based on the temperature of the stress applying unit 80 measured by the temperature measuring unit.
  • the temperature measured by the temperature measuring unit is fed back to the temperature control main unit 91, and the feedback is repeated so that the temperature of the stress applying unit 80 is set to the target temperature according to the application of the laser device 1.
  • the temperature of the imparting unit 80 is controlled. Examples of the control method of the stress applying unit 80 include ON-OFF control, PWM control, and PID control.
  • the temperature control unit 90 may change the temperature of the stress applying unit 80 without generating heat or absorbing heat by itself. Such a temperature control unit 90 may change the temperature of the stress application unit 80 by, for example, irradiating the stress application unit 80 with infrared rays, ultrasonic waves, or the like.
  • the heat conductive member 111 does not have to be limited to a plate shape as long as it can conduct heat.
  • the coefficient of thermal expansion of the stress applying portion 80 may be smaller than the coefficient of thermal expansion of the claddings 32b and 53.
  • the stress applying portion 80 shrinks smaller than the clads 32b and 53.
  • the stress applying portion 80 passes through the coating layers 32c and 55 on the inner peripheral surface of the stress applying portion 80 as compared with the case where the coefficient of thermal expansion of the stress applying portion 80 is larger than the coefficient of thermal expansion of the clads 32b and 53.
  • the clad 32b, 53 can be pulled small to apply a small tensile stress to the clad 32b, 53. Further, in this case, the stress applying portion 80 expands smaller than the clads 32b and 53.
  • the stress applying portion 80 is subjected to the clad 32b via the coating layer 55 on the inner peripheral surface of the stress applying portion 80 as compared with the case where the thermal expansion coefficient of the stress applying portion 80 is larger than the thermal expansion coefficient of the clads 32b and 53.
  • 53 can be pressed small to apply a small compressive stress to the cladding 32b, 53.
  • a heater may be used instead of the perche element 95.
  • the beam quality control device 70 of the first, second, and third embodiments may be arranged outside the resonator 200, and may be arranged, for example, on the delivery optical fiber 10.
  • the number of light sources 2 is not particularly limited, and at least one may be provided. Further, the beam quality control device 70 of the 4-7th embodiment may be arranged inside the resonator 200 of any of the plurality of light sources 2.
  • the beam quality control device 70 of the second and third embodiments may be arranged between the farthest portion of the second FBG from the connection point of the amplification optical fiber 30 and the optical fiber 32 and the exit portion 60. ..
  • the frame member 117 of the second embodiment may be incorporated in the beam quality control device 70 of the first and fourth embodiments.
  • the perche element 95 of the first 3-7th embodiment is not arranged, the flow path portion 99 of the second embodiment is incorporated in the heat conductive member 111 of the first 3-7th embodiment, and the heat pump 97 is the first. It may be incorporated instead of the power source 93 of 1,3-7 embodiments.
  • the heat conductive member 111 having the flow path portion 99 of the second embodiment may be arranged instead of the Perche element 95 of the first embodiment, or the flow path portion. 99 may be arranged on the plate member 81.
  • the wall member 83 may be fixed to the optical fiber 50.
  • the plate member 81 expands and the pair of wall members 83 separate from each other.
  • the pair of wall members 83 can pull the clad 53 fixed to the wall member 83 from both sides and apply tensile stress to the clad 53.
  • the light source 2 has been described with an example of being a resonator type fiber laser device, but the light source 2 may be another fiber laser device.
  • the light source 2 is a MO-PA (Master Oscillator Power Amplifier) type fiber laser device having a seed light source or a DDL (Direct Diode Laser) type laser device. May be good.
  • the beam quality control device 70 may be arranged between the seed light source and the emission unit.
  • the beam quality control device 70 when the beam quality control device 70 is arranged between the amplification optical fiber that amplifies the light emitted from the seed light source and the exit portion, the beam quality control device 70 is between the seed light source and the amplification optical fiber.
  • the beam quality control device 70 can easily bring the light having a high power density closer to the desired beam quality, and can easily bring the beam quality of the light emitted from the light source 60 closer to the desired beam quality, as compared with the case where the beam quality control device 70 is arranged in. Can be.
  • the light source 2 shown in FIG. 1 may be a laser diode, and the beam quality control device 70 may be arranged between the light source 2 and the emission unit 60.
  • the amplification optical fiber 30 and the optical fiber 31 have been described as a double clad fiber having an inner clad and an outer clad, but the present invention is not limited thereto.
  • the inner clad is divided into two layers, and the amplification optical fiber 30 and the optical fiber 31 may be a triple clad fiber having three layers of two layers of inner clad and outer clad.
  • the refractive index of the inner first clad may be lower than the refractive index of the outer second clad.
  • the refractive index of the second clad may be lower than the refractive index of the outer clad.
  • the optical fiber in the beam quality control device 70 of the fifth embodiment may be an amplification optical fiber 30.
  • the configuration of the beam quality control device 70 arranged inside the resonator 20 is the same as the configuration of the beam quality control device 70 of the second embodiment or the configuration of the beam quality control device 70 of the third embodiment. There may be.
  • the beam quality control device 70 may be arranged both inside the resonator 20 and outside the resonator 20.
  • the storage unit 115 may store the relationship between the information on the beam quality of the light emitted from the laser device 1 and the temperature of the stress applying unit 80.
  • the information is, for example, an index showing how small the beam waist diameter can be, and is indicated by a beam parameter product (BPP).
  • BPP [mm ⁇ rad] is represented by r 0 ⁇ ⁇ or M 2 (M square) ⁇ ⁇ / ⁇ .
  • r 0 is the beam waist radius
  • ⁇ is the full width at half maximum of the beam divergence angle.
  • ⁇ is the wavelength of light ( ⁇ m).
  • the temperature control unit 90 reads out the temperature in the relationship stored in the storage unit 115, and controls the temperature of the stress applying unit 80 to the read out temperature. Therefore, the temperature control unit 90 controls the temperature of the stress applying unit 80 to a temperature based on the information stored in the storage unit 115.
  • the temperature control unit 90 controls the temperature of the stress application unit 80 based on the information stored in the storage unit 115, and the temperature of the stress application unit 80 is based on this information.
  • the beam quality of the light emitted from the laser device 1 can be the beam quality stored in the storage unit 115.
  • the beam-quality light stored in the storage unit 115 is emitted, and the light can irradiate the object.
  • a beam quality control device capable of obtaining light of a desired beam quality and a laser device using the same are provided, and can be used in various industries such as a laser processing field and a medical field.

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Abstract

ビーム品質制御装置（７０）は、コア（５１）及びクラッド（５３）を有する光ファイバ（５０）と、光ファイバ（５０）の外周面の少なくとも一部に面接触し、クラッド（５３）の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有する応力付与部（８０）と、応力付与部（８０）の温度を制御する温度制御部（９０）と、を備える。応力付与部（８０）は、応力付与部（８０）がクラッド（５３）に付与する外力の分布がクラッド（５３）の周方向において不均一となるように、温度制御部（９０）による温度の変化によって収縮または膨張する。

Description

ビーム品質制御装置、及びこれを用いるレーザ装置
　本発明は、ビーム品質制御装置、及びこれを用いるレーザ装置に関する。
　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で用いられている。以下に、レーザ装置の一例として、レーザ加工分野に用いられるレーザ加工機について説明する。
　例えば、レーザ加工機が対象物を出射光であるレーザ光によって切断する場合には、当該レーザ加工機は、切断の精度を高めるために、レーザ光のパワー密度を上げ、レーザ光のスポット径を小さくし、対象物の狭い範囲にレーザ光を照射することが好ましい。
　これに対して、例えば、レーザ加工機が対象物をレーザ光によって溶接する場合には、当該レーザ加工機は、溶接の均一性を高めるために、レーザの密度を下げ、レーザ光のスポット径を大きくし、対象物の広い範囲にレーザ光を照射することが好ましい。
　このようなレーザ加工においては、加工の用途に応じてビームスポットの径を変える手段の１つとして、レーザ光のビーム品質を変更することが挙げられる。
　例えば、特許文献１及び特許文献２には、ビーム品質を変更するレーザ装置が開示されている。特許文献１では、レーザ光を出射する上流側の光ファイバと複数の光導波層を有する下流側の光ファイバとの間において楔状のガラス部材が抜き差しされる。また、特許文献２では、上流側の光ファイバと下流側の光ファイバとの間にレーザ光を偏向するレンズが配置されている。特許文献１及び特許文献２では、上流側の光ファイバと下流側の光ファイバとは、空間内において光学的に結合されている。また、ガラス部材またはレンズによって、下流側の光ファイバに入射するレーザ光の入射位置が変わり、下流側の光ファイバを伝搬する光のモード等が変化し得る。つまり、下流側の光ファイバを伝搬するレーザ光のビーム品質が変化し得る。
特許第６２４４３０８号明細書 国際公開２０１１／１２４６７１号
　特許文献１及び特許文献２に記載のレーザ装置では、空間内で光のモードが制御される。この場合、ガラス部材やレンズの位置や向きの僅かな変化によって、下流側の光ファイバにレーザ光が入射する位置が大きく変化してしまう。このようなガラス部材やレンズの位置や向きの僅かな変化は、振動や環境温度の変化等により容易に起こり得る。従って、振動や環境温度の変化等により、下流側の光ファイバを伝搬する光のビーム品質が意図せずに大きく変化してしまう傾向がある。このため、特許文献１及び特許文献２に記載のレーザ装置は、所望のビーム品質の光を得難い。
　そこで、本発明は、所望のビーム品質の光を得ることができるビーム品質制御装置、及びこれを用いるレーザ装置を提供することを目的とする。
　本発明のビーム品質制御装置は、コア及び前記コアの外周面を囲うクラッドを有する光ファイバと、前記光ファイバの外周面の少なくとも一部に面接触し、前記クラッドの熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有する応力付与部と、前記応力付与部の温度を制御する温度制御部と、を備え、前記応力付与部は、当該応力付与部が前記クラッドに付与する外力の分布が前記クラッドの周方向において不均一となるように、前記温度制御部による前記温度の変化によって収縮または膨張することを特徴とする。
　このようなビーム品質制御装置では、応力付与部の温度が温度制御部によって変化すると、応力付与部は収縮または膨張する。応力付与部が収縮または膨張すると、応力付与部がクラッドに付与する外力がクラッドの周方向において不均一に変化する。当該外力が不均一に変化すると、コアにかかる応力の分布がコアの周方向において不均一となり、コアの屈折率の分布が変化し、コアを伝搬する光のモードが変化し得る。このように、ビーム品質制御装置では、コアにかかる応力が温度で制御されることで、所望のビーム品質の光が得られる。また、上記のビーム品質制御装置では、光ファイバ内でビーム品質が制御されるため、上記のように振動や環境温度の変化等が生じても、空間内にガラス部材やレンズが配置されることでビーム品質が制御される場合と比べて、ビーム品質の意図しない変化が抑制され得る。従って、ビーム品質制御装置では、所望のビーム品質の光が得られる。
　また、前記ビーム品質制御装置は、主面上に前記応力付与部が配置され、前記応力付与部及び前記温度制御部に熱的に接続され、前記温度制御部と前記応力付与部との間において熱を伝導する板状の熱伝導部材をさらに備えることが好ましい。
　温度制御部が発熱する場合、温度制御部の熱は、熱伝導部材の平面方向において熱伝導部材全体に渡って伝導され易くなり、熱伝導部材から熱伝導部材の主面上の応力付与部に伝導され易くなり得る。また、温度制御部が吸熱する場合、応力付与部の熱は、熱伝導部材の平面方向において熱伝導部材全体に渡って伝導され易くなり、応力付与部から熱伝導部材に伝導され易くなり得る。これにより、応力付与部の温度は変化し易くなり、応力付与部の応力の大きさは応力付与部の温度によって変化し易くなり得る。従って、このビーム品質制御装置によれば、熱伝導部材が配置されていない場合に比べて、応力付与部の応力の大きさが変化し易くなり得る。
　また、前記温度制御部は、前記熱伝導部材と熱的に接続されるペルチェ素子を有することが好ましい。
　一般的に、ペルチェ素子において電流が所定の方向に流れると、ペルチェ素子の一方の面の温度は上昇し、他方の面の温度は下降する。この場合において、熱伝導部材が一方の面に配置されると、熱は一方の面から熱伝導部材を介して応力付与部に伝達され、応力付与部の温度はペルチェ素子によって上昇する。また、電流が上記とは逆の方向に流れると、一方の面の温度は下降し、他方の面の温度は上昇する。この場合において、熱伝導部材が一方の面に配置されると、熱は応力付与部から熱伝導部材を介してペルチェ素子に伝達され、応力付与部の温度はペルチェ素子によって下降する。このように、応力付与部の温度はペルチェ素子において流れる電流の向きによって変化し、応力付与部の応力の大きさは応力付与部の温度によって制御され得る。従って、このビーム品質制御装置によれば、ペルチェ素子によって応力付与部の応力の大きさが制御され得る。
　また、前記温度制御部は、ヒートポンプと、前記ヒートポンプによって温度が変化する流体が流れ、前記熱伝導部材を貫通し、前記流体によって前記応力付与部の前記温度を変化させる流路部と、を有することが好ましい。
　この場合、ヒートポンプが流体の温度を制御すると、応力付与部の温度は熱伝導部材を介して流体によって変化し、応力付与部の応力の大きさは応力付与部の温度によって制御され得る。従って、このビーム品質制御装置によれば、流路部を流れる流体によって応力付与部の応力の大きさが制御され得る。
　また、前記応力付与部は、前記光ファイバの前記外周面に面接触する接触面と前記接触面から離れている前記応力付与部の外周面との間の厚みが不均一な樹脂から成ることが好ましい。
　この場合、樹脂の温度が変化することで、クラッドに付与される外力の大きさにばらつきが生じ、コアにかかる応力の分布はコアの周方向において不均一となり得る。
　また、前記樹脂の温度が所定の温度よりも低い場合に、前記樹脂は、収縮して前記クラッドに引張応力を付与し、前記樹脂の前記温度が前記所定の温度よりも高い場合に、前記樹脂は、膨張して前記クラッドに圧縮応力を付与することが好ましい。
　この場合、温度制御部は、樹脂の温度を制御することによって樹脂の収縮または膨張を制御し得、樹脂の収縮または膨張によって応力を制御し得る。
　また、ビーム品質制御装置は、前記応力付与部の少なくとも一部を囲う枠部材をさらに備え、前記枠部材の熱膨張係数は、前記応力付与部の熱膨張係数よりも小さいことが好ましい。
　この場合、応力付与部は、膨張すると枠部材に向かう広がりを枠部材によって抑制されるため、枠部材が配置されていない場合に比べてクラッドに向かって強い外力でクラッドを押圧し得る。これにより応力付与部は、枠部材が配置されていない場合に比べて、大きい圧縮応力をクラッドに付与し得る。
　また、前記枠部材は、金属から成ることが好ましい。
　一般的に、熱は、金属を伝導し易いため、枠部材を介して応力付与部に伝導され易くなり得る。従って、このビーム品質制御装置によれば、枠部材が配置されていない場合に比べて、応力付与部の応力が早く変化し得る。
　また、前記応力付与部は、板部材と、前記板部材に立設され、前記光ファイバを挟み込む一対の壁部材と、を有し、前記板部材は、前記一対の壁部の並び方向において収縮または膨張し、前記一対の壁部材は、前記板部材の収縮によって前記クラッドに圧縮応力を付与し、前記板部材の膨張によって前記圧縮応力の付与を解放することが好ましい。
　この場合、一対の壁部材は、収縮によってクラッドにクラッドの径方向における両側から応力である圧縮応力を付与し、膨張によって圧縮応力の付与を解放し得る。これにより、コアにかかる応力の分布はコアの周方向において不均一となり、コアを伝搬する光のモードが変化し得る。従って、このビーム品質制御装置においても、所望のビーム品質の光が得られる。
　また、本発明のレーザ装置は、上記に記載のいずれかのビーム品質制御装置と、光を出射する光源と、を備え、前記光ファイバの前記コアには、前記光が伝搬することが好ましい。
　この場合、レーザ装置は、ビーム品質制御装置によって制御されたビーム品質の光を対象物に照射し得る。また、上記のように、このビーム品質制御装置では、振動や環境温度の変化等が生じても、所望のビーム品質の光が得られる。従って、所望のビーム品質の光が対象物を照射し得る。
　また、本発明のレーザ装置は、上記に記載のいずれかのビーム品質制御装置と、励起光を出射する励起光源とを備え、前記光ファイバには、前記励起光により励起される活性元素により増幅される光が伝搬することが好ましい。
　上記の構成を備えるレーザ装置としては、例えば、共振器型のレーザ装置やＭＯ－ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のレーザ装置を挙げられる。この場合、当該レーザ装置は、ビーム品質制御装置によって制御されたビーム品質の光を対象物に照射し得る。また、上記のように、このビーム品質制御装置では、振動や環境温度の変化等が生じても、所望のビーム品質の光が得られる。従って、所望のビーム品質の光が対象物を照射し得る。
　また、前記レーザ装置は、前記活性元素が添加される増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ、前記活性元素により増幅される前記光の少なくとも一部の波長の光を反射する第１ＦＢＧと、前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ、前記第１ＦＢＧが反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を前記第１ＦＢＧより低い反射率で反射する第２ＦＢＧと、前記第２ＦＢＧを透過する光を対象物に向けて出射する出射部と、をさらに備え、前記ビーム品質制御装置は、前記増幅用光ファイバ及び前記第２ＦＢＧが設けられる光ファイバの接続点から前記第２ＦＢＧのうちの最も離れた部位と前記出射部との間に配置されてもよい。
　このような構成によって、ビーム品質制御装置は、第２ＦＢＧと出射部との間以外に配置される場合に比べて、出射部から出射する光のビーム品質を所望のビーム品質に近づけ易くなり得る。
　或いは、前記レーザ装置は、前記励起光により励起される前記活性元素により増幅される前記光が共振する共振器をさらに備え、前記ビーム品質制御装置は、前記共振器の内部に配置されてもよい。
　このようなレーザ装置では、ビーム品質制御装置は当該共振器の内部に配置されており、光は共振器の内部を往復する。この場合、光は共振器の内部を往復する度にコアを伝搬し、往復する度に光ファイバにおいて光のモードが変化し得、所望のビーム品質の光が得られる。また、本発明のレーザ装置によれば、ビーム品質制御装置が共振器の外部に配置される場合と比べて、ビーム品質が大きく変化し得、所望のビーム品質の光が得られる。
　また、前記共振振器は、前記活性元素が添加される増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ、前記活性元素により増幅される前記光の少なくとも一部の波長の光を反射する第１ＦＢＧと、前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ、前記第１ＦＢＧが反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を前記第１ＦＢＧより低い反射率で反射する第２ＦＢＧと、を備え、前記ビーム品質制御装置は、前記増幅用光ファイバ及び前記第１ＦＢＧが設けられる光ファイバの接続点と前記第１ＦＢＧのうちの前記接続点から最も離れた部位との間に配置されることが好ましい。
　接続点と第１ＦＢＧのうちの接続点から最も離れた部位との間における光のパワー密度は、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間における他の部位におけるパワー密度よりも低い。従って、ビーム品質制御装置は、接続点と当該部位との間に配置される場合、上記他の部位に配置される場合に比べて、ビーム品質制御装置の光ファイバでの発熱が抑制され得る。このため、ビーム品質制御装置の損傷が抑制され得る。
　或いは、前記共振器は、前記活性元素が添加される増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ、前記活性元素により増幅される前記光の少なくとも一部の波長の光を反射する第１ＦＢＧと、前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ、前記第１ＦＢＧが反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を前記第１ＦＢＧより低い反射率で反射する第２ＦＢＧと、を備え、前記増幅用光ファイバは、前記ビーム品質制御装置における前記光ファイバであってもよい。
　或いは、前記共振器は、前記活性元素が添加される増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ、前記活性元素により増幅される前記光の少なくとも一部の波長の光を反射する第１ＦＢＧと、前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ、前記第１ＦＢＧが反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を前記第１ＦＢＧより低い反射率で反射する第２ＦＢＧと、を備え、前記ビーム品質制御装置は、前記増幅用光ファイバ及び前記第２ＦＢＧが設けられる光ファイバの接続点と前記第２ＦＢＧのうちの前記接続点から最も離れた部位との間に配置されることが好ましい。
　接続点と第２ＦＢＧのうちの接続点から最も離れた部位との間における光のパワー密度は、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間における他の部位における光のパワー密度よりも高い。従って、ビーム品質制御装置は、接続点と当該部位との間に配置される場合、上記他の部位に配置される場合に比べて、ビーム品質がより大きく変化し得、出射部から出射する光のビーム品質を所望のビーム品質に近づけ易くなり得る。
　或いは、前記第１ＦＢＧは、前記ビーム品質制御装置における前記光ファイバに設けられてもよい。
　或いは、前記第２ＦＢＧは、前記ビーム品質制御装置における前記光ファイバに設けられてもよい。
　また、前記レーザ装置は、前記レーザ装置から出射する光のビーム品質に関する情報を記憶する記憶部をさらに備え、前記温度制御部は、前記応力付与部の前記温度を前記記憶部に記憶された前記情報に基づく温度に制御することが好ましい。
　上記の構成によって、レーザ装置では、温度制御部は記憶部に記憶された情報に基づいて応力付与部の温度を制御しており、応力付与部の温度がこの情報に基づいた温度となると、レーザ装置１から出射する光のビーム品質は、記憶部に記憶されたビーム品質となり得る。これにより、記憶部に記憶されたビーム品質の光が対象物を照射し得る。
　以上のように、本発明によれば、所望のビーム品質の光を得ることができるビーム品質制御装置、及びこれを用いるレーザ装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態におけるレーザ装置を示す図である。 図１のレーザ装置におけるそれぞれの光源を示す図である。 図１のレーザ装置におけるビーム品質制御装置を示す図である。 ビーム品質制御装置の応力付与部が収縮した場合における応力付与部からクラッドへの応力の付与を説明する図である。 ビーム品質制御装置の応力付与部が膨張した場合における応力付与部からクラッドへの応力の付与を説明する図である。 第１実施形態の応力付与部の温度とビーム品質の変化量との関係の例を示す図である。 第２実施形態におけるビーム品質制御装置を示す図である。 第３実施形態におけるビーム品質制御装置を示す図である。 第４実施形態におけるレーザ装置の光源を示す図である。 図９の光源におけるビーム品質制御装置を示す図である。 第４実施形態の応力付与部の温度とビーム品質の変化量との関係の例を示す図である。 図９に示す光源の変形例であり、光源において増幅用光ファイバ及び第１ＦＢＧが設けられる光ファイバの接続点と第１ＦＢＧのうちの接続点から最も離れた部位との間に配置されるビーム品質制御装置を示す図である。 図９に示す光源の他の変形例であり、増幅用光ファイバがビーム品質制御装置の光ファイバであることを示す図である。 第５実施形態におけるレーザ装置を示す図である。 第６実施形態におけるレーザ装置を示す図である。 第７実施形態におけるレーザ装置を示す図である。
　以下、本発明に係るレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。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。また、本発明は、以下に例示する各実施形態における構成要素を適宜組み合わせてもよい。なお、理解の容易のため、それぞれの図において一部が誇張して記載される場合等がある。
　（第１実施形態）
　図１は、本発明にかかるレーザ装置１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、複数の光源２と、それぞれの光源２から出射する光を伝搬する光ファイバ２１と、光ファイバ２１からの光が入射するデリバリ光ファイバ１０と、コンバイナ２５と、デリバリ光ファイバ１０からの光が入射する光ファイバ５０を備えるビーム品質制御装置７０と、光ファイバ５０の端部に設けられる出射部６０とを主な構成として備える。
　図２は、レーザ装置１におけるそれぞれの光源２を示す図である。図２に示すように、本実施形態のそれぞれの光源２は、励起光を出射する励起光源４０と、励起光源４０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３０と、を主な構成として備える。また、それぞれの光源２は、増幅用光ファイバ３０の一端に接続される光ファイバ３１と、光ファイバ３１に設けられる第１ＦＢＧ（Fibber Bragg Gratings）３３と、光ファイバ３１に励起光を入射するためのコンバイナ３５と、増幅用光ファイバ３０の他端に接続される光ファイバ３２と、光ファイバ３２に設けられる第２ＦＢＧ３４と、を主な構成としてさらに備える。本実施形態の光源２では、増幅用光ファイバ３０、第１ＦＢＧ３３、及び第２ＦＢＧ３４からファブリ・ペロー（Fabry-Perot）型の共振器２００が構成されている。従って、本実施形態の光源２は、共振器型のファイバレーザ装置とされる。
　励起光源４０は、複数のレーザダイオード４１から構成される。励起光源４０は、増幅用光ファイバ３０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４０のそれぞれのレーザダイオード４１は、励起光用光ファイバ４５に接続される。レーザダイオード４１から出射する光は、それぞれのレーザダイオード４１に光学的に接続される励起光用光ファイバ４５を伝搬する。励起光用光ファイバ４５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４５をマルチモード光として伝搬する。励起光の波長は、例えば９１５ｎｍとされる。
　増幅用光ファイバ３０は、コアと、コアの外周面を全周に渡って囲い、コアの外周面に隙間なく密着する内側クラッドと、内側クラッドの外周面を全周に渡って囲い、内側クラッドの外周面に隙間なく密着する被覆する外側クラッドと、外側クラッドの外周面を全周に渡って囲い、内側クラッドの外周面に隙間なく密着する被覆層とを有する。増幅用光ファイバ３０のコアは活性元素としてイッテルビウム（Ｙｂ）が添加された石英から成り、必要に応じて屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素が添加されている。なお、本実施形態の増幅用光ファイバ３０の構成とは異なるが、増幅する光の波長に合わせて、活性元素としてイッテルビウム以外の希土類元素が添加されても良い。このような希土類元素としては、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３０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が挙げられる。なお、内側クラッドに例えばフッ素（Ｆ）、ボロン（Ｂ）等の屈折率を低下させる元素が添加されてもよい。また、増幅用光ファイバ３０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が挙げられる。また、増幅用光ファイバ３０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樹脂が挙げられる。増幅用光ファイバ３０は、シングルモードファイバとされるが、パワーの大きな信号光が増幅用光ファイバ３０のコアを伝搬可能なように、コアの直径がマルチモードファイバと同様とされつつも、シングルモードの光を伝搬する構成とされても良い。また、増幅用光ファイバ３０は、マルチモードファイバとされても良い。
　光ファイバ３１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３０と同じ構成とされる。光ファイバ３１は、増幅用光ファイバ３０の一端に接続されている。従って、増幅用光ファイバ３０のコアと光ファイバ３１のコアとが光学的に結合し、増幅用光ファイバ３０の内側クラッドと光ファイバ３１の内側クラッドとが光学的に結合している。
　第１ＦＢＧ３３は、増幅用光ファイバ３０の一方側に接続される光ファイバ３１のコアに設けられている。第１ＦＢＧ３３は、光ファイバ３１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、第１ＦＢＧ３３は、励起状態とされた増幅用光ファイバ３０の活性元素が放出する光のうち所定の波長帯域の光を反射する。
　また、コンバイナ３５において、光ファイバ３１の内側クラッドに励起光用光ファイバ４５のコアが接続されている。こうして、励起光源４０と接続される励起光用光ファイバ４５と増幅用光ファイバ３０の内側クラッドとは、光ファイバ３１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３５において、光ファイバ３１に光ファイバ３６が接続されている。光ファイバ３６は、例えば、光ファイバ３１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３６の一端は光ファイバ３１に接続されており、光ファイバ３６のコアと光ファイバ３１のコアとが光学的に結合している。また、光ファイバ３６のコンバイナ３５側と反対側には熱変換部Ｅが接続されている。
　光ファイバ３２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３０のコアと同様のコアと、増幅用光ファイバ３０の内側クラッドと同様の構成のクラッドと、増幅用光ファイバ３０の被覆層と同様の構成の被覆層とを有する。光ファイバ３２のクラッドは、光ファイバ３２のコアの外周面を全周に渡って囲い、コアの外周面に隙間なく密着している。光ファイバ３２の被覆層は、光ファイバ３２のクラッドの外周面を全周に渡って囲い、クラッドの外周面に隙間なく密着している。光ファイバ３２は、増幅用光ファイバ３０の他端に接続されており、増幅用光ファイバ３０のコアと光ファイバ３２のコアとが光学的に結合している。
　第２ＦＢＧ３４は、増幅用光ファイバ３０の他方側に接続される光ファイバ３２のコアに設けられている。第２ＦＢＧ３４は、光ファイバ３２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。この構成により、第２ＦＢＧ３４は、第１ＦＢＧ３３が反射する光の少なくとも一部の波長の光を第１ＦＢＧ３３よりも低い反射率で反射する。
　また、光ファイバ３２の増幅用光ファイバ３０側と反対側には、図１に示す光ファイバ２１が接続されており、光ファイバ３２と光ファイバ２１とで１つの光ファイバが構成されている。なお、光ファイバ３２が延長されることにより、光ファイバ３２の一部が光ファイバ２１とされても良い。
　それぞれの光ファイバ２１のコアは、デリバリ光ファイバ１０のコアとコンバイナ２５により光学的に結合されている。デリバリ光ファイバ１０は、例えばマルチモードの光が伝搬するマルチモードファイバとされる。コンバイナ２５は、例えば、テーパ状に加工されたブリッジファイバとされる。この場合、それぞれの光ファイバ２１のコアは、コンバイナ２５であるブリッジファイバの大口径側の端面に接続され、デリバリ光ファイバ１０のコアは、コンバイナ２５であるブリッジファイバの小口径側の端面に接続される。こうして、コンバイナ２５を介して、それぞれの光ファイバ２１のコアとデリバリ光ファイバ１０のコアとが光学的に結合される。なお、コンバイナ２５は、それぞれの光ファイバ２１のコアとデリバリ光ファイバ１０のコアとを光学的に結合させるものであれば、上記のブリッジファイバに限らず、例えば、それぞれの光ファイバ２１のコアがデリバリ光ファイバ１０のコアに直接接続されてもよい。
　デリバリ光ファイバ１０のコンバイナ２５側と反対側には、ビーム品質制御装置７０の光ファイバ５０が接続されており、デリバリ光ファイバ１０と光ファイバ５０とで１つの光ファイバが形成されている。なお、デリバリ光ファイバ１０が延長されることにより、デリバリ光ファイバ１０の一部が光ファイバ５０とされても良い。デリバリ光ファイバ１０の構成は、後述する光ファイバ５０の構成と同様とされる。第１ＦＢＧ３３から出射部６０における光ファイバ３１と増幅用光ファイバ３０と光ファイバ３２，２１とデリバリ光ファイバ１０と光ファイバ５０とには、励起光により励起される活性元素により増幅される光が伝搬する。
　出射部６０は、光ファイバ５０から伝搬された光を対象物等に出射する。出射部６０は、例えば、光ファイバ５０の後述するコア５１の直径よりも大きな直径を有するガラスロッドとされる。なお、出射部６０は、光ファイバ５０の端部とされてもよいし、光ファイバ５０の端部に取り付けられたレンズなどの光学部品とされてもよい。
　ところで、上記したように、共振器２００は、増幅用光ファイバ３０、第１ＦＢＧ３３、及び第２ＦＢＧ３４から構成されている。従って、光ファイバ５０を備える本実施形態のビーム品質制御装置７０は、共振器２００の外部に配置されていることになる。本実施形態のビーム品質制御装置７０は、デリバリ光ファイバ１０及び光ファイバ５０の接続点と出射部６０との間に配置されている例が示されている。
　次に、図３を用いて、ビーム品質制御装置７０の構成について説明する。図３は、ビーム品質制御装置７０を示す図である。
　ビーム品質制御装置７０の光ファイバ５０は、光が伝搬するコア５１と、コア５１の外周面を全周に渡って囲い、コア５１の外周面に隙間なく密着するクラッド５３と、クラッド５３の外周面を全周に渡って囲い、クラッド５３の外周面に隙間なく密着する被覆層５５とを有する。例えば、コア５１及びクラッド５３にはガラスが用いられ、被覆層５５には樹脂が用いられる。例えば、コア５１は、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３０のコアと同じ構成とされる。例えば、クラッド５３は、増幅用光ファイバ３０の内側クラッドと同じ構成とされる。例えば、被覆層５５は、増幅用光ファイバ３０の被覆層と同じ構成とされる。
　また、ビーム品質制御装置７０は、応力付与部８０と、温度制御部９０と、熱伝導部材１１１と、入力部１１３と、記憶部１１５とを有する。
　本実施形態の応力付与部８０は、例えば、湿気硬化型の樹脂から成る。この樹脂は、例えば、シリコーン系の樹脂である。また、熱伝導部材１１１は、例えば、銅、窒化アルミニウムなどの金属の板部材から成る。
　応力付与部８０は、被覆層５５の外周面を全周に渡って囲い、被覆層５５の外周面に隙間なく密着しており、当該外周面に面接触する。従って、光ファイバ５０の外周面は、応力付与部８０に埋設されている。なお、応力付与部８０は、光ファイバ５０の外周面の少なくとも一部に面接触していればよい。被覆層５５の外周面に面接触する応力付与部８０の接触面と当該接触面から離れている応力付与部８０の外周面との間における応力付与部８０の厚みは、不均一となっている。従って、光ファイバ５０の径方向におけるクラッド５３の外周面と応力付与部８０の外周面との間の距離は、一定ではなく、不均一とされている。例えば、応力付与部８０は、半楕円形状となっており、熱伝導部材１１１の厚み方向よりも熱伝導部材１１１の平面方向において長い。熱伝導部材１１１の平面方向における応力付与部８０の長さは光ファイバ５０の直径よりも十分に長く、熱伝導部材１１１の厚み方向における応力付与部８０の長さは光ファイバ５０の直径よりも微小に長い。応力付与部８０は、光ファイバ５０と共に熱伝導部材１１１の主面に配置されており、光ファイバ５０を熱伝導部材１１１に固定する。例えば、応力付与部８０は、光ファイバ５０の全長の一部分において光ファイバ５０を囲っている。
　温度制御部９０は、温度制御本体部９１と、電源９３と、ペルチェ素子９５とを有する。
　温度制御本体部９１には、例えば、マイクロコントローラ、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large-scale Integrated Circuit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの集積回路やＮＣ（Numerical Control）装置を用いることができる。また、温度制御部９０は、ＮＣ装置を用いた場合、機械学習器を用いたものであってもよく、機械学習器を用いないものであってもよい。
　温度制御本体部９１には、ビーム品質制御装置７０を搭載するレーザ装置１の用途が入力部１１３から入力される。この場合、温度制御本体部９１は、記憶部１１５にアクセスし、記憶部１１５に記憶されるテーブルからレーザ装置１の用途に応じた応力付与部８０の温度を読み出す。
　電源９３は、応力付与部８０の温度がテーブルから読み出された温度となるように、温度制御本体部９１によって電圧を制御される。電源９３は、電圧をペルチェ素子９５に印加する。
　電圧の印加によって、ペルチェ素子９５に電流が所定の方向に流れると、ペルチェ素子９５の後述する一方の面の温度は上昇し、他方の面の温度は下降する。また、電圧が切り替わり、電流が上記とは逆の方向に流れると、ペルチェ素子９５の一方の面の温度は下降し、他方の面の温度は上昇する。ペルチェ素子９５の一方の面及び他方の面の温度は、ペルチェ素子９５に流れる電流の大きさによって変化する。電流の大きさが変えられることで、ペルチェ素子９５の温度の変化の度合いが変化する。電流の大きさが一定だと、ペルチェ素子９５の温度は一定となる。電流が流れない場合は、ペルチェ素子９５は発熱及び吸熱しない。
　ペルチェ素子９５の一方の面には、熱伝導部材１１１が配置されている。上記したように、ペルチェ素子９５に電流が所定の方向に流れると、ペルチェ素子９５の一方の面の温度は上昇する。この場合、ペルチェ素子９５の熱は熱伝導部材１１１を介して応力付与部８０に伝達され、応力付与部８０の温度はペルチェ素子９５によって上昇する。また、上記したように、電流が上記とは逆の方向に流れると、熱伝導部材１１１が配置されるペルチェ素子９５の一方の面の温度は下降する。この場合、応力付与部８０の熱は応力付与部８０から熱伝導部材１１１を介してペルチェ素子９５に伝達され、応力付与部８０の温度はペルチェ素子によって下降する。
　熱伝導部材１１１の主面のうちの一方の面には応力付与部８０が配置されており、熱伝導部材１１１の主面のうちの他方の面はペルチェ素子９５に載置されている。熱伝導部材１１１は、応力付与部８０とペルチェ素子９５とに熱的に接続されており、ペルチェ素子９５と応力付与部８０との間において熱を伝導する。ペルチェ素子９５の一方の面の温度が上昇し、他方の面の温度が下降する場合、熱伝導部材１１１は、ペルチェ素子９５から発生した熱を応力付与部８０に伝導する。ペルチェ素子９５の一方の面の温度が下降し、他方の面の温度が上昇する場合、熱伝導部材１１１は、応力付与部８０の熱をペルチェ素子９５に伝導する。
　熱伝導部材１１１の熱膨張係数は、クラッド５３の熱膨張係数及び応力付与部８０の熱膨張係数よりも大きくされ、被覆層５５の熱膨張係数よりも小さくされている。
　入力部１１３は、レーザ装置１を操作する操作者によって操作される。入力部１１３は、例えば、切削または溶接といったレーザ装置１の用途を温度制御本体部９１に入力する。入力部１１３は、一般的な入力用の機器であり、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、ボタンスイッチ、ダイヤル等である。入力部１１３は、操作者が図示しないモニタ等の表示部を目視した状態で表示部に表示される複数の用途から１つのある用途を選択及び入力してもよい。入力部１１３は、操作者がレーザ装置１を動作させるための各種指令を入力するために用いられてもよい。
　記憶部１１５は、レーザ装置１の用途と用途に対応する応力付与部８０の温度との関係を示すテーブルを記憶している。記憶部１１５は、例えば、メモリである。
　次に、応力付与部８０による光ファイバ５０への応力の付与について説明する。
　応力付与部８０の熱膨張係数は、クラッド５３の熱膨張係数とは異なる。以下では、応力付与部８０の熱膨張係数は、クラッド５３の熱膨張係数よりも大きいものとして説明する。また、応力付与部８０の熱膨張係数及びクラッド５３の熱膨張係数は、被覆層５５の熱膨張係数よりも小さくされている。
　応力付与部８０の温度がある所定の温度となっている状態では、応力付与部８０は、収縮及び膨張しておらず、引張応力または圧縮応力といった応力を被覆層５５を介してクラッド５３に付していない状態となっている。また、被覆層５５も、応力付与部８０と同様に、ある所定の温度下では、収縮及び膨張しておらず、引張応力または圧縮応力といった応力をクラッド５３に付していない状態となっている。このような場合、応力付与部８０及び被覆層５５がクラッド５３に付与する外力の分布は、クラッド５３の周方向において均一な状態となっている。所定の温度とは、例えば、応力付与部８０である湿気硬化型の樹脂が硬化するときの温度である。
　例えば、ペルチェ素子９５の一方の面の温度が下降し、ペルチェ素子９５の他方の面の温度が上昇すると、応力付与部８０の熱は熱伝導部材１１１を介してペルチェ素子９５に伝導される。これにより、応力付与部８０の温度は所定の温度よりも下降し、応力付与部８０は、所定の温度時に比べて収縮する。このとき、応力付与部８０の厚みが薄くなるように、応力付与部８０の外周面及び応力付与部８０の内周面は互いに向かって近づく。また、被覆層５５の熱は応力付与部８０と熱伝導部材１１１とを介してペルチェ素子９５に伝導され、被覆層５５の温度は所定の温度よりも下降する。このため、被覆層５５も、応力付与部８０と同様に、所定の温度時に比べて収縮する。
　上記のように応力付与部８０の熱膨張係数がクラッド５３の熱膨張係数よりも大きいため、応力付与部８０は、クラッド５３よりも大きく収縮する。そして、図４に示すように、応力付与部８０は、応力付与部８０の内周面において被覆層５５を介してクラッド５３を引っ張り、クラッド５３に引張応力を付与し得る。
　また、上記のように被覆層５５の熱膨張係数が応力付与部８０の熱膨張係数及びクラッド５３の熱膨張係数よりも大きいため、被覆層５５は応力付与部８０及びクラッド５３よりも大きく収縮する。この場合、被覆層５５の外周面は、クラッド５３に向かう収縮を応力付与部８０の内周面における収縮によって抑制される。このため、応力付与部８０が配置されていない場合に比べて、被覆層５５は、クラッド５３を強い力で引っ張りし得る。これにより被覆層５５は、応力付与部８０が配置されていない場合に比べて、大きい引張応力をクラッド５３に付与し得る。
　また、例えば、ペルチェ素子９５の一方の面の温度が上昇し、ペルチェ素子９５の他方の面の温度が下降すると、ペルチェ素子９５の熱は熱伝導部材１１１を介して応力付与部８０に伝導される。これにより応力付与部８０の温度は所定の温度よりも上昇し、応力付与部８０は、所定の温度時に比べて膨張する。このとき、応力付与部８０の厚みが厚くなるように、応力付与部８０の外周面及び応力付与部８０の内周面は互いから遠ざかる。また、ペルチェ素子９５の熱は熱伝導部材１１１及び応力付与部８０を介して被覆層５５にも伝導され、被覆層５５の温度は所定の温度よりも上昇する。このため、被覆層５５も、応力付与部８０と同様に、所定の温度時に比べて膨張する。
　上記のように応力付与部８０の熱膨張係数がクラッド５３の熱膨張係数よりも大きいため、応力付与部８０は、クラッド５３よりも大きく膨張する。そして、図５に示すように、応力付与部８０は、応力付与部８０の内周面において被覆層５５を介してクラッド５３を押圧し、クラッド５３に圧縮応力を付与し得る。
　また、上記のように被覆層５５の熱膨張係数が応力付与部８０の熱膨張係数及びクラッド５３の熱膨張係数よりも大きいため、被覆層５５は、応力付与部８０及びクラッド５３よりも大きく膨張する。この場合、被覆層５５の外周面は、応力付与部８０に向かう膨張を応力付与部８０の内周面における膨張によって抑制される。このため、応力付与部８０が配置されていない場合に比べて、被覆層５５は、クラッド５３を強い力で押圧し得る。これにより被覆層５５は、応力付与部８０が配置されていない場合に比べて、大きい圧縮応力をクラッド５３に付与し得る。
　このように応力付与部８０は、応力付与部８０の温度によって収縮または膨張し、収縮によって応力である引張応力をクラッド５３に付与し、膨張によって応力である圧縮応力をクラッド５３に付与し得る。また、被覆層５５は、被覆層５５の温度によって収縮または膨張し、収縮によって応力である引張応力をクラッド５３に付与し、膨張によって応力である圧縮応力をクラッド５３に付与し得る。
　応力付与部８０の収縮の程度は、応力付与部８０の温度が所定の温度よりも低くなればなるほど、大きくなる。このため、応力付与部８０の引張応力の大きさは、応力付与部８０の温度が所定の温度よりも低くなればなるほど、大きくなる。また、応力付与部８０の膨張の程度は、応力付与部８０の温度が所定の温度よりも高くなればなるほど、大きくなる。このため、応力付与部８０の圧縮応力の大きさは、応力付与部８０の温度が所定の温度よりも高くなればなるほど、大きくなる。同様に、被覆層５５の引張応力の大きさは、被覆層５５の温度が所定の温度よりも低くなればなるほど、大きくなる。また、被覆層５５の圧縮応力の大きさは、被覆層５５の温度が所定の温度よりも高くなればなるほど、大きくなる。
　上記のように圧縮応力及び引張応力といった応力の大きさが変化すると、応力付与部８０及び被覆層５５がクラッド５３に付与する外力が変化し、クラッド５３における外力の分布はクラッド５３の周方向において不均一となる。これによりコア５１にかかる応力の分布がコア５１の周方向において不均一となり、コア５１の屈折率の分布が変化し、コア５１を伝搬する光のモードが変化し得る。このように、コア５１にかかる応力が温度で制御されると、この制御によって光ファイバ５０内でビーム品質が制御され、所望のビーム品質の光が得られる。
　次に、図６を用いて、温度制御部９０によって制御される本実施形態の応力付与部８０の温度と、ビーム品質の変化量との関係の例について説明する。図６は、本実施形態の応力付与部８０の温度とビーム品質の変化量との関係の例を示す図である。
　ここで、図６にて実線で示すグラフについて説明する。このグラフでは、上記した所定の温度を例えば２５℃としている。従って、この場合では、外力の分布はクラッド５３の周方向において均一な状態となっており、ビーム品質の変化量は０である。この場合における、応力付与部８０の温度とビーム品質の変化量とについて、以下に説明する。
　応力付与部８０の温度が２０℃の場合では応力付与部８０の引張応力によってビーム品質の変化量は０．００３、応力付与部８０の温度が１５℃の場合では応力付与部８０のより大きな引張応力によってビーム品質の変化量は０．０１５、となる結果が得られる。また、応力付与部８０の温度が３０℃の場合では応力付与部８０の圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．００７、応力付与部８０の温度が３５℃の場合では応力付与部８０のより大きな圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０２５、応力付与部８０の温度が４０℃の場合では応力付与部８０の最も大きな圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０４７、となる結果が得られる。
　次に、図６にて点線で示すグラフについて説明する。このグラフでは、上記した所定の温度を例えば３５℃としている。従って、この場合では、外力の分布はクラッド５３の周方向において均一な状態となっており、ビーム品質の変化量は０である。この場合における、応力付与部８０の温度とビーム品質の変化量とについて、以下に説明する。
　応力付与部８０の温度が３０℃の場合では応力付与部８０の引張応力によってビーム品質の変化量は０．００３、応力付与部８０の温度が２５℃の場合では応力付与部８０のより大きな引張応力によってビーム品質の変化量は０．０１５、となる結果が得られる。また、応力付与部８０の温度が４０℃の場合では応力付与部８０の圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．００７、応力付与部８０の温度が４５℃の場合では応力付与部８０のより大きな圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０２５、応力付与部８０の温度が５０℃の場合では応力付与部８０の最も大きな圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０４７、となる結果が得られる。
　上記した結果から、応力付与部８０の温度が所定の温度よりも低くなればなるほど、引張応力が大きくなり、コア５１の屈折率の分布が変化するため、ビーム品質の変化量は大きくなり得る。また、応力付与部８０の温度が所定の温度よりも高くなればなるほど、圧縮応力が大きくなり、コア５１の屈折率の分布が変化するため、ビーム品質の変化量は大きくなり得る。つまり、応力の大きさは応力付与部８０の温度によって制御され、応力付与部８０の温度が所定の温度から離れるほどビーム品質の変化量は大きくなり得る。このように、コア５１にかかる応力は応力付与部８０の温度で制御され、この制御によって光ファイバ５０内でビーム品質が制御され、所望のビーム品質の光が得られる。
　また、例えば、図６にて実線で示すグラフにおいて、所定の温度を例えば３０℃としても、応力付与部８０の温度がこの所定の温度よりも低くなると、応力付与部８０は収縮して引張応力を付与し、応力付与部８０の温度がこの所定の温度よりも高くなると、応力付与部８０は膨張して圧縮応力を付与することになる。従って、所定の温度がどのような値であっても、応力付与部８０の温度が所定の温度に対して変化すると、応力付与部８０が収縮または膨張する。これにより、コア５１の屈折率の分布が変化するため、ビーム品質が変化することがわかる。
　次に、本実施形態のレーザ装置１の動作について説明する。
　レーザ装置１の動作開始の段階において、応力付与部８０の温度及び被覆層５５の温度は所定の温度となっており、応力付与部８０及び被覆層５５は、収縮及び膨張しておらず、引張応力または圧縮応力といった応力をクラッド５３に付していない状態として説明する。このため、応力付与部８０及び被覆層５５がクラッド５３に付与する外力の分布は、クラッド５３の周方向において均一な状態となっている。
　レーザ装置１を操作する操作者は、切削または溶接といったレーザ装置１の用途を入力部１１３に入力する。入力部１１３は、この用途を温度制御部９０に入力する。温度制御本体部９１は、記憶部１１５にアクセスし、記憶部１１５に記憶されるテーブルから用途に応じた応力付与部８０の温度を読み出す。温度制御本体部９１は、応力付与部８０の温度がテーブルから読み出された温度となるように、電源９３の電圧を制御する。電源９３は電圧をペルチェ素子９５に印加し、ペルチェ素子９５の一方の面の温度は上昇または下降し、ペルチェ素子９５の他方の面の温度は一方の面とは逆に下降または上昇する。
　応力付与部８０の温度と被覆層５５の温度とがペルチェ素子９５の一方の面の温度下降によって所定の温度よりも低くなると、応力付与部８０及び被覆層５５は、収縮によってクラッド５３を引っ張り、クラッド５３に引張応力を付与する。
　応力付与部８０の温度と被覆層５５の温度とがペルチェ素子９５の一方の面の温度上昇によって所定の温度よりも高くなると、応力付与部８０及び被覆層５５は、膨張によってクラッド５３を押圧し、クラッド５３に圧縮応力を付与する。
　応力付与部８０及び被覆層５５は、収縮によって応力である引張応力をクラッド５３に付与し、膨張によって応力である圧縮応力をクラッド５３に付与する。応力付与部８０の温度及び被覆層５５の温度が所定の温度よりも低くなればなるほど、引張応力は大きくなる。また、応力付与部８０の温度及び被覆層５５の温度が所定の温度よりも高くなればなるほど、圧縮応力は大きくなる。応力付与部８０の温度及び被覆層５５の温度は、レーザ装置１の用途に応じて制御される。応力付与部８０の温度及び被覆層５５の温度によって、応力付与部８０の応力の大きさ及び被覆層５５の応力の大きさが制御される。
　本実施形態のレーザ装置１では、応力付与部８０の温度及び被覆層５５の温度が変化すると、クラッド５３に付与される応力の大きさが変化し得る。当該応力の大きさが変化すると、応力付与部８０及び被覆層５５がクラッド５３に付与する外力が変化し、外力の分布はクラッド５３の周方向において不均一となり得る。これにより、コア５１にかかる応力の分布がコア５１の周方向において不均一となり、コア５１の屈折率の分布が変化し、コア５１を伝搬する光のモードが変化し得る。光のモードの変化の度合いは、レーザ装置１の用途に応じて変化する。
　次に、それぞれの光源２において、励起光源４０のそれぞれのレーザダイオード４１から励起光が出射する。励起光源４０から出射した励起光は、励起光用光ファイバ４５、光ファイバ３１を介して、増幅用光ファイバ３０の内側クラッドに入射する。増幅用光ファイバ３０の内側クラッドに入射した励起光は主にこの内側クラッドを伝搬して、増幅用光ファイバ３０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自然放出光を放出し、この自然放出光のうち一部の波長の光が第１ＦＢＧ３３により反射され、反射された光のうち第２ＦＢＧ３４が反射する波長の光が第２ＦＢＧ３４で反射される。このため、第１ＦＢＧ３３と第２ＦＢＧ３４との間、すなわち共振器２００の内部を光が往復し、増幅用光ファイバ３０のコアを伝搬するときの誘導放出により光が増幅され、レーザ発振状態が生じる。このときの光の波長は、例えば１０７０ｎｍとされる。そして、増幅された光のうち一部の光は、第２ＦＢＧ３４を透過して光ファイバ３２から出射する。この光は、光ファイバ２１からコンバイナ２５を介してデリバリ光ファイバ１０のコアに入射する。
　デリバリ光ファイバ１０がマルチモードファイバであれば、デリバリ光ファイバ１０のコアに入射した光は、コアをマルチモードで伝搬する。そして、コアを伝搬する光は、デリバリ光ファイバ１０から光ファイバ５０に伝搬する。このように、励起光により励起される活性元素により増幅される光は、第１ＦＢＧ３３から光ファイバ３１と増幅用光ファイバ３０と光ファイバ３２，２１とデリバリ光ファイバ１０と光ファイバ５０とを伝搬する。
　光ファイバ５０のコア５１の屈折率の分布はビーム品質制御装置７０によって切断または切削といったレーザ装置１の用途に応じて変化しており、光ファイバ５０において光のモードの数は用途に応じて変化している。従って、例えば、用途に応じて、シングルモードの光がマルチモードの光に変化したり、マルチモードの光のモード数が減ったり、マルチモードの光がシングルモードの光に変化する。このため、光は、用途に応じた所望のビーム品質を備える。そして、光は、用途に応じた所望のビーム品質を備えた状態で、出射部６０から出射されて対象物等に照射される。なお、光ファイバ３２，２１，５０及びデリバリ光ファイバ１０それぞれのコアを伝搬する光のパワーは、例えば、１ｋＷ以上とされる。
　以上のように、本実施形態のビーム品質制御装置７０は、コア５１及びコア５１の外周面を囲うクラッド５３を有する光ファイバ５０と、光ファイバ５０の外周面の少なくとも一部に面接触し、クラッド５３の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有する応力付与部８０と、応力付与部８０の温度を制御する温度制御部９０と、を備える。応力付与部８０は、当該応力付与部８０がクラッド５３に付与する外力の分布がクラッド５３の周方向において不均一となるように、温度制御部９０による応力付与部８０の温度の変化によって収縮または膨張する。
　本実施形態のビーム品質制御装置７０では、応力付与部８０の温度が温度制御部９０によって変化すると、応力付与部８０は収縮または膨張する。応力付与部８０が収縮または膨張すると、応力付与部８０がクラッド５３に付与する外力がクラッド５３の周方向において不均一に変化する。当該外力が不均一に変化すると、コア５１にかかる応力の分布がコア５１の周方向において不均一となり、コア５１の屈折率の分布が変化し、コア５１を伝搬する光のモードが変化し得る。また、本実施形態のビーム品質制御装置７０では、被覆層５５が配置されており、被覆層５５によってコア５１の屈折率の分布がさらに変化し、コア５１を伝搬する光のモードが変化し得る。このように、本実施形態のビーム品質制御装置７０では、コア５１にかかる応力が温度で制御されることで、所望のビーム品質の光が得られる。また、本実施形態のビーム品質制御装置７０では、光ファイバ５０内でビーム品質が制御されるため、上記のように振動や環境温度の変化等が生じても、空間内にガラス部材やレンズが配置されることでビーム品質が制御される場合と比べて、ビーム品質の意図しない変化が抑制され得る。従って、本実施形態のビーム品質制御装置７０では、所望のビーム品質の光が得られる。
　また、本実施形態のビーム品質制御装置７０は、主面上に応力付与部８０が配置され、応力付与部８０及び温度制御部９０に熱的に接続され、温度制御部９０と応力付与部８０との間において熱を伝導する板状の熱伝導部材１１１をさらに備える。
　温度制御部９０が発熱する場合、温度制御部９０の熱は、熱伝導部材１１１の平面方向において熱伝導部材１１１全体に渡って伝導され易くなり、熱伝導部材１１１から熱伝導部材１１１の主面上の応力付与部８０に伝導され易くなり得る。また、温度制御部９０が吸熱する場合、応力付与部８０の熱は、熱伝導部材１１１の平面方向において熱伝導部材１１１全体に渡って伝導され易くなり、応力付与部８０から熱伝導部材１１１に伝導され易くなり得る。これにより、応力付与部８０の温度は変化し易くなり、応力付与部８０の応力の大きさは応力付与部８０の温度によって変化し易くなり得る。従って、このビーム品質制御装置７０によれば、熱伝導部材１１１が配置されていない場合に比べて、応力付与部８０の応力の大きさが変化し易くなり得る。
　また、本実施形態のビーム品質制御装置７０では、温度制御部９０は、熱伝導部材１１１と熱的に接続されるペルチェ素子９５を有する。
　一般的に、ペルチェ素子９５において電流が所定の方向に流れると、ペルチェ素子９５の一方の面の温度は上昇し、他方の面の温度は下降する。この場合において、熱伝導部材１１１が一方の面に配置されると、熱は一方の面から熱伝導部材１１１を介して応力付与部８０に伝達され、応力付与部８０の温度はペルチェ素子９５によって上昇する。また、電流が上記とは逆の方向に流れると、一方の面の温度は下降し、他方の面の温度は上昇する。この場合において、熱伝導部材１１１が一方の面に配置されると、熱は応力付与部８０から熱伝導部材１１１を介してペルチェ素子９５に伝達され、応力付与部８０の温度はペルチェ素子９５によって下降する。このように、応力付与部８０の温度はペルチェ素子９５において流れる電流の向きによって変化し、応力付与部８０の応力の大きさは応力付与部８０の温度によって制御され得る。従って、このビーム品質制御装置７０によれば、ペルチェ素子９５によって応力付与部８０の応力の大きさが制御され得る。
　また、本実施形態のビーム品質制御装置７０では、応力付与部８０は、光ファイバ５０の外周面に面接触する接触面と接触面から離れている応力付与部８０の外周面との間の厚みが不均一な樹脂から成る。
　この場合、樹脂の温度が変化することで、クラッド５３に付与される外力の大きさにばらつきが生じ、コア５１にかかる応力の分布はコア５１の周方向において不均一となり得る。
　また、本実施形態のビーム品質制御装置７０では、樹脂の温度が所定の温度よりも低い場合に、樹脂は、収縮してクラッド５３に引張応力を付与し、樹脂の温度が所定の温度よりも高い場合に、樹脂は、膨張してクラッド５３に圧縮応力を付与する。
　この場合、温度制御部９０は、樹脂の温度を制御することによって樹脂の収縮または膨張を制御し得、樹脂の収縮または膨張によって応力を制御し得る。
　本実施形態のレーザ装置１は、ビーム品質制御装置７０と、光を出射する光源２と、を備える。ビーム品質制御装置７０の光ファイバ５０のコア５１には、光が伝搬する。
　この場合、レーザ装置１は、ビーム品質制御装置７０によって制御されたビーム品質の光を対象物に照射し得る。また、上記のように、このビーム品質制御装置７０では、振動や環境温度の変化等が生じても、所望のビーム品質の光が得られる。従って、所望のビーム品質の光が対象物を照射し得る。
　また、本実施形態のレーザ装置１は、ビーム品質制御装置７０と、励起光を出射する励起光源４０と、を備える。ビーム品質制御装置７０の光ファイバ５０には、励起光により励起される活性元素により増幅される光が伝搬する。
　この場合、レーザ装置１は、ビーム品質制御装置７０によって制御されたビーム品質の光を対象物に照射し得る。また、上記のように、このビーム品質制御装置７０では、振動や環境温度の変化等が生じても、所望のビーム品質の光が得られる。従って、所望のビーム品質の光が対象物を照射し得る。
　また、本実施形態のレーザ装置１は、活性元素が添加される増幅用光ファイバ３０と、増幅用光ファイバ３０の一方側に設けられ、活性元素により増幅される光の少なくとも一部の波長の光を反射する第１ＦＢＧ３３と、増幅用光ファイバ３０の他方側に設けられ、第１ＦＢＧ３３が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を第１ＦＢＧ３３より低い反射率で反射する第２ＦＢＧ３４と、第２ＦＢＧ３４を透過する光を対象物に向けて出射する出射部６０と、をさらに備える。ビーム品質制御装置７０は、増幅用光ファイバ３０及び光ファイバ３２の接続点から第２ＦＢＧのうちの最も離れた部位と出射部６０との間に配置されている。
　このような構成によって、ビーム品質制御装置７０は、上記最も離れた部位と出射部６０との間以外に配置される場合に比べて、出射部６０から出射する光のビーム品質を所望のビーム品質に近づけ易くなり得る。
　また、本実施形態のレーザ装置１は、レーザ装置１の用途を温度制御部９０に入力する入力部１１３と、用途に応じた応力付与部の温度を記憶する記憶部１１５と、をさらに備え、温度制御部９０は、入力部１１３から用途を入力される場合、応力付与部８０の温度を記憶部１１５から読み出した応力付与部８０の温度に制御する。
　この場合、レーザ装置１は、光のモードの変化の度合いがレーザ装置１の用途に応じて変化するため、各用途に適したビーム品質の光を対象物に照射し得る。これにより、各用途に適したビーム品質の光が対象物に照射されない場合に比べて、レーザ装置１の加工速度や加工品質等の加工性能が向上し得る。
　（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態について図７を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、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７は、本実施形態にかかるビーム品質制御装置７０を示す図である。本実施形態のビーム品質制御装置７０は、温度制御部９０の構成が第１実施形態の温度制御部９０の構成とは異なると共に、ビーム品質制御装置７０が枠部材１１７をさらに備える点において、第１実施形態のビーム品質制御装置７０とは異なる。
　本実施形態の温度制御部９０は、温度制御本体部９１と、ヒートポンプ９７と、流路部９９とを有する。
　ヒートポンプ９７は、温度制御本体部９１の制御によって、流路部９９を流れる流体を冷却または加熱する。ヒートポンプ９７の温度は、温度制御本体部９１によって制御される。
　流路部９９は、熱伝導部材１１１を貫通しており、光ファイバ５０の直下に配置されている。流路部９９は、熱伝導部材１１１に熱的に接続されている。流路部９９は、例えば、パイプなどの管である。流路部９９には流体が流れており、この流体は例えば液体である。流路部９９は、熱伝導部材１１１の外部に延びており、熱伝導部材１１１の外部においてヒートポンプ９７に熱的に接続されている。流体の温度は、ヒートポンプ９７からの熱によって変化する。流路部９９は、光ファイバ５０の直下に必ずしも配置されていることはなく、熱伝導部材１１１に熱的に接続されるように配置されていればよい。
　また、本実施形態のビーム品質制御装置７０では、枠部材１１７は、例えば、金属から成る。枠部材１１７は、熱伝導部材１１１に載置されており、熱伝導部材１１１に熱的に接続されている。
　枠部材１１７の断面は凹状となっており、応力付与部８０及び光ファイバ５０は凹状の枠部材１１７の内部に配置されている。光ファイバ５０を全周に渡って囲う応力付与部８０は、枠部材１１７の内周面に接触しており、枠部材１１７に熱的に接続されている。枠部材１１７は、樹脂である応力付与部８０を囲う。枠部材１１７は、応力付与部８０の少なくとも一部を囲っていればよい。枠部材１１７の凹状の断面における内側側面の高さは、光ファイバ５０の直径よりも長くされている。枠部材１１７は、応力付与部８０を光ファイバ５０に固定する。枠部材１１７の熱膨張係数は、応力付与部８０の熱膨張係数よりも小さくされている。また、応力付与部８０が膨張する場合、枠部材１１７は枠部材１１７に向かう応力付与部８０の広がりを抑制している。
　本実施形態のビーム品質制御装置７０では、温度制御部９０は、ヒートポンプ９７と、ヒートポンプ９７によって温度が変化する流体が流れ、熱伝導部材１１１を貫通し、流体によって応力付与部８０の温度を変化させる流路部９９とを有する。また、本実施形態のビーム品質制御装置７０では、応力付与部８０は、枠部材１１７と熱伝導部材１１１とを介して流路部９９に熱的に接続されている。ヒートポンプ９７が冷却または加熱によって流体の温度を制御すると、応力付与部８０の温度は熱伝導部材１１１を介して流体によって変化し、応力付与部８０の応力の大きさは応力付与部８０の温度によって制御され得る。従って、このビーム品質制御装置７０によれば、流路部９９を流れる流体によっても応力付与部の応力の大きさが制御され得る。
　また、本実施形態のビーム品質制御装置７０は、応力付与部８０の少なくとも一部を囲う枠部材１１７をさらに備え、枠部材１１７の熱膨張係数は、応力付与部８０の熱膨張係数よりも小さくされている。
　この場合、応力付与部８０は、膨張すると枠部材１１７に向かう広がりを枠部材１１７によって抑制されるため、枠部材１１７が配置されていない場合に比べてクラッド５３に向かって強い外力でクラッド５３を押圧し得る。これにより応力付与部８０は、枠部材１１７が配置されていない場合に比べて、大きい圧縮応力をクラッド５３に付与し得る。
　また、本実施形態のビーム品質制御装置７０では、枠部材１１７は、金属から成る。
　一般的に、熱は、金属を伝導し易いため、枠部材１１７を介して応力付与部８０に伝導され易くなり得る。従って、本実施形態のビーム品質制御装置７０によれば、枠部材１１７が配置されていない場合に比べて、応力付与部８０の応力が早く変化し得る。
　なお、流体の熱は、熱伝導部材１１１を介して枠部材１１７にも伝導される。枠部材１１７の熱膨張係数は、応力付与部８０の熱膨張係数よりも低くされている。このため、熱による枠部材１１７の収縮または膨張は、応力付与部８０の収縮または膨張にほとんど影響を与えない。
　（第３実施形態）
　次に、本発明の第３実施形態について図８を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、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８は、本実施形態にかかるビーム品質制御装置７０を示す図である。本実施形態のビーム品質制御装置７０では、応力付与部８０の構成が第１実施形態の応力付与部８０の構成とは異なる。
　本実施形態の応力付与部８０は、板部材８１と、板部材８１に立設される一対の壁部材８３とを有する。
　板部材８１は、例えば、銅などの金属から成る。板部材８１は、ペルチェ素子９５に載置されており、ペルチェ素子９５に熱的に接続されている。板部材８１は、ペルチェ素子９５から伝導される熱によって、一対の壁部材８３の並び方向において収縮または膨張する。板部材８１の熱膨張係数は、クラッド５３の熱膨張係数よりも大きくされている。板部材８１は、第１実施形態の熱伝導部材１１１であってもよい。
　壁部材８３は、例えば、金属から成る。壁部材８３は、板部材８１に固定されている。一対の壁部材８３は、光ファイバ５０を径方向において挟み込んでおり、光ファイバ５０に接触している。
　板部材８１の温度がある所定の温度となっている状態では、板部材８１は収縮及び膨張しておらず、壁部材８３は光ファイバ５０を挟み込んで光ファイバ５０に接触しているのみである。従って、板部材８１は、圧縮応力といった応力を壁部材８３介してクラッド５３に付していない状態となっている。このような場合、応力付与部８０がクラッド５３に付与する外力の分布は、クラッド５３の周方向において均一な状態となっている。
　例えば、温度制御部９０のペルチェ素子９５の一方の面の温度が下降し、他方の面の温度が上昇すると、板部材８１の熱は熱伝導部材１１１を介してペルチェ素子９５に伝導される。これにより、板部材８１の温度は所定の温度よりも下降し、板部材８１は、所定の温度時に比べて収縮する。また、板部材８１の熱膨張係数がクラッド５３の熱膨張係数よりも大きいため、板部材８１はクラッド５３よりも大きく収縮する。このとき、板部材８１は、一対の壁部材８３の並び方向において収縮する。これにより、一対の壁部材８３は、互いに向かって近づく。そして、一対の壁部材８３は、クラッド５３の径方向における両側からクラッド５３を押圧し、クラッド５３に圧縮応力を付与し得る。
　例えば、温度制御部９０のペルチェ素子９５の一方の面の温度が上昇し、他方の面の温度が下降すると、ペルチェ素子９５の熱は熱伝導部材１１１を介して板部材８１に伝導される。これにより板部材８１の温度は収縮時の温度よりも上昇し、板部材８１は収縮時に比べて膨張する。また、板部材８１の熱膨張係数がクラッド５３の熱膨張係数よりも大きいため、板部材８１はクラッド５３よりも大きく膨張する。このとき、板部材８１は、一対の壁部材８３の並び方向において膨張する。これにより、一対の壁部材８３は、互いに向かって離れる。そして、一対の壁部材８３は、収縮時における圧縮応力の付与を解放し得る。
　このように一対の壁部材８３は、収縮によってクラッド５３にクラッド５３の径方向における両側から応力である圧縮応力を付与し、膨張によって圧縮応力の付与を解放し得る。これにより、コア５１にかかる応力の分布はコア５１の周方向において不均一となり、コア５１を伝搬する光のモードが変化し得る。このように、本実施形態のビーム品質制御装置７０においても、所望のビーム品質の光が得られる。
　（第４実施形態）
　次に、本発明の第４実施形態について図９及び図１０を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、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９は、本実施形態にかかるレーザ装置１における光源２を示す図である。また、図１０は、図９の光源におけるビーム品質制御装置を示す図である。本実施形態のレーザ装置１では、ビーム品質制御装置７０の位置及びビーム品質制御装置７０の構成が第１実施形態のそれとは異なる。
　本実施形態のビーム品質制御装置７０は、それぞれの光源２における共振器２００の内部に配置されている。上記したように、共振器２００は、増幅用光ファイバ３０、第１ＦＢＧ３３、及び第２ＦＢＧ３４から構成されている。本実施形態の光源２では、ビーム品質制御装置７０が増幅用光ファイバ３０及び光ファイバ３２の接続点と第２ＦＢＧ３４のうちの接続点から最も離れた部位との間に配置される例が示されている。第２ＦＢＧ３４は、光ファイバ３２のコアの屈折率よりも高い屈折率の高屈折率部と光ファイバ３２のコアの屈折率と同等の屈折率の低屈折率部とが交互に繰り返される構成である。上記の最も離れた部位は、第２ＦＢＧ３４のうち接続点から最も離れた高屈折率部である。
　本実施形態のビーム品質制御装置７０は、図３等に示す光ファイバ５０の代わりに、図１０に示すように光ファイバ３２を有する例が示されている。例えば、光ファイバ３２のコア３２ａは光ファイバ５０のコア５１と同じ構成とされ、光ファイバ３２のクラッド３２ｂは光ファイバ５０のクラッド５３と同じ構成とされ、光ファイバ３２の被覆層３２ｃは光ファイバ５０の被覆層５５と同じ構成とされる。
　また、本実施形態のビーム品質制御装置７０は、第１実施形態のビーム品質制御装置７０と同様に、応力付与部８０と、温度制御部９０と、熱伝導部材１１１と、入力部１１３と、記憶部１１５とを有する。ただし、温度制御部９０の温度制御本体部９１及び電源９３と、入力部１１３と、記憶部１１５とは、それぞれの光源２におけるビーム品質制御装置７０で共有されてもよい。
　本実施形態のビーム品質制御装置７０は上記のように光ファイバ５０の代わりに光ファイバ３２を有しているため、本実施形態の応力付与部８０は、光ファイバ３２の被覆層３２ｃの外周面を全周に渡って囲い、被覆層３２ｃの外周面に隙間なく密着しており、当該外周面に面接触する。上記のように光ファイバ３２を囲う応力付与部８０は、光ファイバ５０を囲う第１実施形態の応力付与部８０と同じ構成とされる。また、本実施形態のビーム品質制御装置７０の光ファイバ３２には、第２ＦＢＧ３４が設けられている。応力付与部８０は、増幅用光ファイバ３０及び光ファイバ３２の接続点と第２ＦＢＧ３４のうちの接続点から最も離れた部位との間に配置されている。
　本実施形態の応力付与部８０は、応力付与部８０の温度によって収縮または膨張し、収縮によって応力である引張応力をクラッド３２ｂに付与し、膨張によって応力である圧縮応力をクラッド３２ｂに付与し得る。また、光ファイバ３２の被覆層３２ｃは、被覆層３２ｃの温度によって収縮または膨張し、収縮によって応力である引張応力をクラッド３２ｂに付与し、膨張によって応力である圧縮応力をクラッド３２ｂに付与し得る。
　上記の圧縮応力及び引張応力といった応力の大きさは、応力付与部８０及び被覆層３２ｃの温度によって変化する。応力の大きさが変化すると、応力付与部８０及び被覆層３２ｃがクラッド３２ｂに付与する外力が変化し、クラッド３２ｂにおける外力の分布がクラッド３２ｂの周方向において不均一となる。これによりコア３２ａにかかる応力の分布がコア３２ａの周方向において不均一となり、コア３２ａの屈折率の分布が変化し、コア３２ａを伝搬する光のモードが変化し得る。
　次に図１１を用いて、温度制御部９０によって制御される本実施形態の応力付与部８０の温度と、ビーム品質の変化量との関係の例について説明する。図１１は、本実施形態の応力付与部８０の温度とビーム品質の変化量との関係の例を示す図である。
　ここで、図１１にて実線で示すグラフについて説明する。このグラフでは、所定の温度を例えば２５℃としている。従って、この場合では、外力の分布はクラッド３２ｂの周方向において均一な状態となっており、ビーム品質の変化量は０である。この場合における、応力付与部８０の温度とビーム品質の変化量とについて、以下に説明する。
　応力付与部８０の温度が２２℃の場合では応力付与部８０の引張応力によってビーム品質の変化量は０．０１３、応力付与部８０の温度が２０℃の場合では応力付与部８０のより大きな引張応力によってビーム品質の変化量は０．０３９、となる結果が得られる。また、応力付与部８０の温度が２７℃の場合では応力付与部８０の圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０１５、応力付与部８０の温度が３０℃の場合では応力付与部８０のより大きな圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０４０、となる結果が得られる。
　次に、図１１にて点線で示すグラフについて説明する。このグラフでは、所定の温度を例えば３５℃としている。従って、この場合では、外力の分布はクラッド３２ｂの周方向において均一な状態となっており、ビーム品質の変化量は０である。この場合における、応力付与部８０の温度とビーム品質の変化量とについて、以下に説明する。
　応力付与部８０の温度が３２℃の場合では応力付与部８０の引張応力によってビーム品質の変化量は０．０１３、応力付与部８０の温度が３１℃の場合では応力付与部８０のより大きな引張応力によってビーム品質の変化量は０．０３９、となる結果が得られる。また、応力付与部８０の温度が３７℃の場合では応力付与部８０の圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０１５、応力付与部８０の温度が４０℃の場合では応力付与部８０のより大きな圧縮応力によってビーム品質の変化量は０．０４０、となる結果が得られる。
　上記した結果から、実施形態１において図６を用いて説明した場合と同様に、コア３２ａにかかる応力の大きさは応力付与部８０の温度によって制御され、応力付与部８０の温度が所定の温度から離れるほどビーム品質の変化量は大きくなり得る。また、コア３２ａにかかる応力が上記のように制御されると、光ファイバ３２内でビーム品質が制御され、所望のビーム品質の光が得られる。
　また、実施形態１において図６を用いて説明した場合と同様に、本実施形態の応力付与部８０においても、所定の温度がどのような値であっても、応力付与部８０の温度が所定の温度に対して変化すると、応力付与部８０が収縮または膨張する。これにより、コア３２ａの屈折率の分布が変化し、コア３２ａを伝搬する光のモードが変化するため、ビーム品質が変化することがわかる。
　次に、図１１にて実線で示す本実施形態におけるグラフと図６にて実線で示す実施形態１におけるグラフとを比較する。２つのグラフを比較すると、図１１のグラフは、図６のグラフよりも急峻となっている。このため、応力付与部８０の温度が所定の温度に対して本実施形態と実施形態１とのそれぞれにおいて同じ温度で変化すると、本実施形態におけるビーム品質の変化量は実施形態１におけるビーム品質の変化量よりも大きくなることがわかる。つまり、本実施形態のビーム品質制御装置７０は、実施形態１のビーム品質制御装置７０と同じ温度変化であっても、共振器２００の内部に配置されるため、実施形態１のビーム品質制御装置７０よりも大きいビーム品質の変化量を得られることがわかる。別言すると、本実施形態のビーム品質制御装置７０は、共振器２００の内部に配置されるため、実施形態１のビーム品質制御装置７０よりも少ない温度変化によって、実施形態１のビーム品質制御装置７０と同じビーム品質の変化量を得られることがわかる。また、図１１及び図６それぞれの点線のグラフについても、図１１及び図６それぞれの実線のグラフと同様に、本実施形態のビーム品質制御装置７０は、実施形態１のビーム品質制御装置７０と同じ温度変化であっても、実施形態１のビーム品質制御装置７０よりも大きいビーム品質の変化量を得られることがわかる。
　これにより、本実施形態のビーム品質制御装置７０では、実施形態１のビーム品質制御装置７０と同じ温度変化であっても、実施形態１のビーム品質制御装置７０よりも、ビーム品質が大きく変化し得る。また、本実施形態のビーム品質制御装置７０では、実施形態１のビーム品質制御装置７０と同じビーム品質の光を得る場合、実施形態１のビーム品質制御装置７０よりも温度変化が少なくなるため、短時間で所望のビーム品質の光が得られる。
　次に、本実施形態のレーザ装置１の動作について説明する。
　応力付与部８０の温度及び被覆層３２ｃの温度が所定の温度から変化すると、クラッド３２ｂに付与される応力の大きさが変化し得る。クラッド３２ｂに付与される応力の大きさが変化すると、応力付与部８０及び被覆層３２ｃがクラッド３２ｂに付与する外力が変化し、外力の分布はクラッド３２ｂの周方向において不均一となり得る。これにより、コア３２ａにかかる応力の分布がコア３２ａの周方向において不均一となり、コア３２ａの屈折率の分布が変化し、コア３２ａを伝搬する光のモードが変化し得る。光のモードの度合いは、レーザ装置１の用途に応じて変化する。上記のようにコア３２ａの屈折率の分布が変化すると、レーザ装置１は以下のように動作する。
　励起光源４０から出射した励起光は、励起光用光ファイバ４５、及び光ファイバ３１を介して、増幅用光ファイバ３０の内側クラッドに入射する。この励起光は主にこの内側クラッドを伝搬して、増幅用光ファイバ３０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自然放出光を放出し、この自然放出光のうち一部の波長の光が第１ＦＢＧ３３により反射され、反射された光のうち第２ＦＢＧ３４が反射する波長の光が第２ＦＢＧ３４で反射される。このため、第１ＦＢＧ３３と第２ＦＢＧ３４との間、すなわち共振器２００の内部を光が往復する。
　本実施形態の応力付与部８０は、共振器２００の内部において増幅用光ファイバ３０及び光ファイバ３２の接続点と第２ＦＢＧ３４のうちの接続点から最も離れた部位との間に配置されている。また、コア３２ａの屈折率の分布は、ビーム品質制御装置７０によって切断または切削といったレーザ装置１の用途に応じて変化している。このため、光が共振器２００の内部を往復する度にコア３２ａを伝搬し、往復する度に光ファイバ３２において光のモードの数は用途に応じて変化する。従って、例えば、用途に応じて、シングルモードの光がマルチモードの光に変化したり、マルチモードの光のモード数が減ったり、マルチモードの光がシングルモードの光に変化する。また、本実施形態の光のビーム品質は、ビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合に比べて、大きく変化し得、用途に応じた所望のビーム品質の光が得られる。また、光が共振器２００の内部を往復する度にビーム品質制御装置７０はビーム品質を制御する。そして、光は、用途に応じた所望のビーム品質を備えた状態で、第２ＦＢＧ３４を透過して光ファイバ３２と光ファイバ２１とコンバイナ２５とデリバリ光ファイバ１０のコアとを伝搬して、出射部６０から対象物等に照射される。
　ところで、特許文献１及び特許文献２のレーザ装置では、光は上流側の光ファイバと下流側の光ファイバとの間を往復するものではなく、ビーム品質はガラス部材やレンズの位置や向きによって一回のみ制御される。一回の制御では、所望のビーム品質の光を得難いという懸念がある。
　そこで、本実施形態のレーザ装置１は励起光により励起される活性元素により増幅される光が共振する共振器２００をさらに備え、ビーム品質制御装置７０は共振器２００の内部に配置される。
　このようなレーザ装置１では、光は共振器２００の内部を往復する度にビーム品質制御装置７０のコア３２ａを伝搬し、往復する度に光ファイバ３２において光のモードが変化し得、所望のビーム品質の光が得られる。また、本実施形態のレーザ装置１によれば、ビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合と比べて、ビーム品質が大きく変化し得、所望のビーム品質の光が得られる。また、レーザ装置１では、光ファイバの状態がレーザ装置１の用途に応じて変化すると、光のモードの変化の度合いがレーザ装置１の用途に応じて変化するため、用途に応じた所望のビーム品質の光が得られる。
　また、本実施形態のレーザ装置１では、光がビーム品質制御装置７０を一回通過する際における光のモードの変化の度合いがビーム品質制御装置が共振器２００の外部に配置される場合と比べて小さくても、レーザ装置１から出射される光のビーム品質の変化量は、光の往復によって、ビーム品質制御装置が共振器２００の外部に配置される場合におけるビーム品質の変化量と同じになり得る。従って、レーザ装置１から出射される光のビーム品質を所定の状態から別の状態に変化させる場合、本実施形態のレーザ装置１のコア３２ａの屈折率の分布の変化量は、ビーム品質制御装置が共振器２００の外部に配置される場合のコア３２ａの屈折率の分布の変化量よりも小さくて済む。これにより、本実施形態のレーザ装置１によれば、ビーム品質制御装置が共振器２００の外部に配置される場合と比べて、コア３２ａの屈折率の分布の変化の時間が短くなり得、光は短時間で所望のビーム品質の光に変化し得る。
　次に、共振器２００の内部に配置されるビーム品質制御装置７０によって得られるビーム品質の変化量を、共振器２００の外部に配置されるビーム品質制御装置によって得ようとする場合について説明する。この場合、共振器２００の内部に配置されるビーム品質制御装置７０に比べて、共振器２００の外部に配置されるビーム品質制御装置の数が増えたり、応力付与部が配置される光ファイバの長さが長くなる等の懸念がある。このため、ビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合、ビーム品質制御装置７０は大型化や高コスト化等となる懸念がある。しかしながら、本実施形態のビーム品質制御装置７０は共振器２００の内部に配置されるため、ビーム品質制御装置７０の大型化や高コスト化等が抑制される。従って、レーザ装置１全体も、大型化や高コスト化等が抑制される。
　また、本実施形態のレーザ装置１では、コア３２ａにかかる応力が温度で制御されることで、所望のビーム品質の光が得られる。また、本実施形態のビーム品質制御装置７０では、光ファイバ３２内でビーム品質が制御されるため、振動や環境温度の変化等が生じても、空間内にガラス部材やレンズが配置されることによってビーム品質が制御される場合と比べて、ビーム品質の意図しない変化が抑制され得る。従って、本実施形態のビーム品質制御装置７０では、所望のビーム品質の光が得られる。
　また、本実施形態のレーザ装置１では、共振器２００は、活性元素が添加される増幅用光ファイバ３０と、増幅用光ファイバ３０の一方側に設けられ、活性元素により増幅される光の少なくとも一部の波長の光を反射する第１ＦＢＧ３３と、増幅用光ファイバ３０の他方側に設けられ、第１ＦＢＧ３３が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を第１ＦＢＧ３３より低い反射率で反射する第２ＦＢＧ３４と、を有する。また、ビーム品質制御装置７０は、増幅用光ファイバ３０及び光ファイバ３２の接続点と第２ＦＢＧ３４のうちの当該接続点から最も離れた部位との間に配置される。
　接続点と第２ＦＢＧ３４のうちの接続点から最も離れた部位との間における光のパワー密度は、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間における他の部位における光のパワー密度よりも高い。従って、ビーム品質制御装置７０は、接続点と当該部位との間に配置される場合、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間における他の部位に配置される場合に比べて、ビーム品質がより大きく変化し得、出射部６０から出射する光のビーム品質を所望のビーム品質により近づけ易くなり得る。また、ビーム品質制御装置７０は、他の部位に配置される場合に比べて、パワー密度が高い光を所望のビーム品質に近づけ易くなり得、出射部６０から出射する光のビーム品質を所望のビーム品質に近づけ易くなり得る。
　なお、応力付与部８０は、第２ＦＢＧ３４が位置する部分における光ファイバ３２の被覆層３２ｃの外周面を全周に渡って囲い、当該被覆層３２ｃの外周面に隙間なく密着しており、当該外周面に面接触してもよい。
　なお、本実施形態の変形例の光源２では、図１２に示すように、ビーム品質制御装置７０は、増幅用光ファイバ３０及び光ファイバ３１の接続点と第１ＦＢＧ３３のうちの接続点から最も離れた部位との間に配置されてもよい。光ファイバ３１はビーム品質制御装置７０の光ファイバであり、光ファイバ３１には第１ＦＢＧ３３が設けられている。また、応力付与部８０は上記接続点と第１ＦＢＧ３３のうちの接続点から最も離れた部位との間に配置されている。図１２では、図示の見やすさのため、応力付与部８０を省略している。変形例における光ファイバ３１の内側クラッドの熱膨張係数は実施形態１のクラッド５３の熱膨張係数と同じとされ、変形例における光ファイバ３１の被覆層の熱膨張係数は実施形態１の被覆層５５の熱膨張係数と同じとされる。また、変形例における光ファイバ３１の外側クラッドの熱膨張係数は変形例における光ファイバ３１の内側クラッドの熱膨張係数及び変形例における光ファイバ３１の被覆層よりも小さくされる。この外側クラッドの収縮または膨張は、内側クラッドの収縮または膨張にほとんど影響を与えず、応力付与部８０の収縮または膨張にほとんど影響を与えない。
　第１ＦＢＧ３３は、光ファイバ３１のクラッドで囲まれるコアの屈折率よりも高い屈折率の高屈折率部とコアの屈折率と同等の屈折率の低屈折率部とが交互に繰り返される構成である。上記の最も離れた部位は、第１ＦＢＧ３３のうち接続点から最も離れた高屈折率部である。
　上記接続点と第１ＦＢＧ３３のうちの接続点から最も離れた部位との間における光のパワー密度は、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間における他の部位におけるパワー密度よりも低い。従って、ビーム品質制御装置７０は、接続点と当該部位との間に配置される場合、第１ＦＢＧと第２ＦＢＧとの間における他の部位に配置される場合に比べて、ビーム品質制御装置７０の光ファイバ３１での発熱が抑制され得る。このため、ビーム品質制御装置７０の損傷が抑制され得る。
　なお、応力付与部８０は、第１ＦＢＧ３３が位置する部分における光ファイバ３１の被覆層の外周面を全周に渡って囲い、当該被覆層の外周面に隙間なく密着しており、当該外周面に面接触してもよい。
　或いは、本実施形態の別の変形例の光源２では、図１３に示すように、増幅用光ファイバ３０は、ビーム品質制御装置７０の光ファイバであってもよい。応力付与部８０における応力付与部８０は、増幅用光ファイバ３０の巻回部と、増幅用光ファイバ３０及び光ファイバ３１の接続点との間に配置されている。図１３では、図示の見やすさのため、応力付与部８０を省略している。なお、応力付与部８０は、増幅用光ファイバ３０の巻回部に配置されてもよい。或いは、応力付与部８０は、増幅用光ファイバ３０の巻回部と、増幅用光ファイバ３０及び光ファイバ３２の接続点との間に配置されてもよい。変形例における増幅用光ファイバ３０の内側クラッドの熱膨張係数は実施形態１のクラッド５３の熱膨張係数と同じとされ、変形例における増幅用光ファイバ３０の被覆層の熱膨張係数は実施形態１の被覆層５５の熱膨張係数と同じとされる。また、変形例における増幅用光ファイバ３０の外側クラッドの熱膨張係数は変形例における増幅用光ファイバ３０の内側クラッドの熱膨張係数及び変形例における増幅用光ファイバ３０の被覆層よりも小さくされる。この外側クラッドの収縮または膨張は、内側クラッドの収縮または膨張にほとんど影響を与えず、応力付与部８０の収縮または膨張にほとんど影響を与えない。
　（第５実施形態）
　次に、本発明の第５実施形態について図１４を参照して詳細に説明する。なお、第４実施形態と同一又は同等の構成要素については、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１４は、本実施形態のレーザ装置１を示す図である。本実施形態のレーザ装置１は、光源２と、光源２に接続される光ファイバ５０と、光ファイバ５０に接続される出射部６０とを備える。
　光源２は、励起光源４０と、励起光源４０と接続される励起光用光ファイバ４５と、励起光用光ファイバ４５及び光ファイバ５０と接続される共振器２００とを備える。本実施形態の光源２では、共振器２００が、リング型となっている点において、第１実施形態のファブリ・ペロー型の共振器２００と異なる。
　本実施形態の共振器２００は、光ファイバ３１と、増幅用光ファイバ３０と、第４実施形態のビーム品質制御装置７０と同じ構成のビーム品質制御装置７０と、コンバイナ１２１と、光アイソレータ１２３と、バンドパスフィルタ１２５と、出力カプラ１２７と、を備える。
　光ファイバ３１の一端は、増幅用光ファイバ３０の一端に接続される。増幅用光ファイバ３０の他端は光ファイバ３２の一端に接続され、当該光ファイバ３２の他端は光アイソレータ１２３の入射端に接続される。光アイソレータ１２３の出射端は上記した光ファイバ３２とは別の光ファイバ３２の一端に接続され、当該光ファイバ３２の他端はバンドパスフィルタ１２５の入射端に接続される。バンドパスフィルタ１２５の出射端は上記した光ファイバ３２とはさらに別の光ファイバ３２の一端に接続され、当該光ファイバ３２の他端は増幅用光ファイバ３０に接続される光ファイバ３１の他端に接続される。こうして、図１４に示すようにリング型の共振器が構成され、ビーム品質制御装置７０はリング型の共振器２００の内部に配置されている。一端が光ファイバ３１に接続されると共に他端がバンドパスフィルタ１２５の出射端に接続される光ファイバ３２には、ビーム品質制御装置７０の応力付与部８０が配置される。図１４では、図示の見やすさのため、応力付与部８０を省略している。
　コンバイナ１２１において、光ファイバ３１の内側クラッドに励起光用光ファイバ４５のコアが接続されている。これにより、励起光用光ファイバ４５と増幅用光ファイバ３０の内側クラッドとは、光ファイバ３１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１２１において、光ファイバ３１のコアには、ビーム品質制御装置７０における光ファイバ３２のコア３２ａが接続されている。図１４では、コア３２ａは不図示である。
　光アイソレータ１２３は、バンドパスフィルタ１２５側から光アイソレータ１２３を介して増幅用光ファイバ３０側への光の戻りを抑制する。
　バンドパスフィルタ１２５は、バンドパスフィルタ１２５を通過する光の波長の帯域を制限する。バンドパスフィルタ１２５では、例えば、出射部６０から出射される光の波長とは異なる波長の光が制限される。出射部６０から出射される光の波長は、例えば１０７０ｎｍとされる。
　出力カプラ１２７では、光ファイバ５０のコアがバンドパスフィルタ１２５の出射端に接続される光ファイバ３２のコア３２ａに光学的に接続されている。このため、バンドパスフィルタ１２５からの光の一部は光ファイバ５０のコアに伝搬し、光の他の一部はビーム品質制御装置７０における光ファイバ３２のコア３２ａに伝搬する。
　次に、レーザ装置１の動作について説明する。
　励起光源４０から出射される励起光は、励起光用光ファイバ４５のコア及び光ファイバ３１の内側クラッドを介して増幅用光ファイバ３０の内側クラッドに入射する。増幅用光ファイバ３０の内側クラッドに入射した励起光は主にこの内側クラッドを伝搬して、増幅用光ファイバ３０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自然放出光を放出し、この自然放出光のうち一部の波長の光は、光ファイバ３２のコア３２ａに入射し、光アイソレータ１２３とバンドパスフィルタ１２５とを介して出力カプラ１２７に伝搬する。光アイソレータ１２３において、バンドパスフィルタ１２５側から光アイソレータ１２３を介して増幅用光ファイバ３０側への光の戻りが抑制される。また、バンドパスフィルタ１２５において、バンドパスフィルタ１２５を通過する光の波長の帯域は、制限される。帯域制限された光の一部は、出力カプラ１２７からビーム品質制御装置７０に伝搬する。そして光は、ビーム品質制御装置７０の光ファイバ３２のコア３２ａから光ファイバ３１のコアに伝搬し、共振器２００の内部を回る。光が共振器２００の内部を回ると、バンドパスフィルタ１２５で帯域制限された光により、増幅用光ファイバ３０の活性元素は誘導放出を起こす。この誘導放出により光が所定の波長帯域で増幅され、増幅された光が光ファイバ３２を伝搬する。
　ビーム品質制御装置７０において、応力付与部８０は光ファイバ３２の状態を変化させる。これにより、光ファイバ３２のコア３２ａの屈折率の分布は、切断または切削といったレーザ装置１の用途に応じて変化する。共振器２００の内部を回る光がビーム品質制御装置７０の光ファイバ３２のコア３２ａを伝搬する度に、コア３２ａにおいて光のモードの数は用途に応じて変化する。従って、例えば、用途に応じて、シングルモードの光がマルチモードの光に変化したり、マルチモードの光のモード数が減ったり、マルチモードの光がシングルモードの光に変化する。光のビーム品質はビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合に比べて大きく変化するため、用途に応じた所望のビーム品質の光が得られる。そして、光の一部は、用途に応じた所望のビーム品質を備えた状態で出力カプラ１２７から光ファイバ５０のコアに入射され、光ファイバ５０のコアを伝搬し、出射部６０から対象物等に照射される。また、光の他の一部は、共振器２００の内部を回る。
　上記したように、レーザ装置１では、光は共振器２００の内部を回り、応力付与部８０は光ファイバ３２の状態を変化させる。このため、光が共振器２００の内部を回る度に光ファイバ３２のコア３２ａを伝搬すると、コア３２ａにおいて、光のモードが変化し得、所望のビーム品質の光が得られる。従って、本実施形態のレーザ装置１では、光が共振器２００の内部を回る度にコア３２ａを伝搬するため、ビーム品質制御装置が共振器２００の外部に配置される場合と比べて、ビーム品質がより大きく変化し得、用途に応じた所望のビーム品質の光が得られる。
　また、本実施形態のレーザ装置１によれば、第４実施形態において短時間で所望のビーム品質の光を得ることと同様に、短時間で所望のビーム品質の光が得られる。また、本実施形態のレーザ装置１においても、第４実施形態のレーザ装置１と同様にして、大型化や高コスト化等が抑制される。
　また、ビーム品質制御装置７０の増幅用光ファイバ３０は巻回して配置されるため、巻回している増幅用光ファイバ３０と同じ長さを有する増幅用光ファイバが直線状に配置されている場合に比べて、レーザ装置１が小型化され得る。
　（第６実施形態）
　次に、本発明の第６実施形態について図１５を参照して詳細に説明する。なお、第４実施形態と同一又は同等の構成要素については、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１５は、本実施形態のレーザ装置１を示す図である。本実施形態のレーザ装置１は、光源２と、光ファイバ５０と、出射部６０とを備える。
　本実施形態の光源２は、固体レーザ装置から成る点において、第４実施形態のファイバレーザ装置から成る光源２と異なる。
　光源２は、励起光源４０と、全反射ミラー１４１と、集光レンズ１４３と、増幅用媒体１４５と、コリメートレンズ１４７と、集光レンズ１４９と、ビーム品質制御装置７０と、コリメートレンズ１５１と、部分反射ミラー１５３と、集光レンズ１５５とを主な構成として備える。
　全反射ミラー１４１では、励起光源４０から出射される励起光が透過する。また、全反射ミラーは、励起光によって励起状態とされた増幅用媒体１４５の活性元素が放出する自然放出光のうち所定の波長帯域の光を全反射する。
　集光レンズ１４３は、全反射ミラー１４１を透過した励起光を増幅用媒体１４５に集光する。
　例えば、増幅用媒体１４５はガラスロッドであり、ガラスロッドの材料はＮｄ：ＹＡＧである。励起光源４０からの励起光は、増幅用媒体１４５に添加される活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は自然放出光を放出し、この自然放出光のうち一部の波長の光の一部はコリメートレンズ１４７に伝搬し、光の別の一部は集光レンズ１４３を介して全反射ミラー１４１に伝搬する。
　コリメートレンズ１４７は、増幅用媒体１４５から出射された光を平行光に変換する。
　集光レンズ１４９は、コリメートレンズ１４７によって平行光に変換された光をビーム品質制御装置７０の光ファイバ３２のコア３２ａに集光する。
　本実施形態のビーム品質制御装置７０は、第４実施形態のビーム品質制御装置７０と同じ構成である。
　コリメートレンズ１５１は、ビーム品質制御装置７０から出射される光を平行光に変換する。
　部分反射ミラー１５３は、コリメートレンズ１５１によって平行光に変換された光の一部をコリメートレンズ１５１に反射する。また、部分反射ミラー１５３は、全反射ミラー１４１が反射する光の少なくとも一部の波長の光を全反射ミラー１４１よりも低い反射率で反射する。光の他の一部は、部分反射ミラー１５３を透過する。
　集光レンズ１５５は、部分反射ミラー１５３を透過した光を光ファイバ５０に集光する。
　本実施形態の光源２では、全反射ミラー１４１と増幅用媒体１４５と部分反射ミラー１５３とからファブリ・ペロー型の共振器２００が構成され、ビーム品質制御装置７０はファブリ・ペロー型の共振器２００の内部に配置されている。
　次に、本実施形態のレーザ装置１の動作について説明する。
　励起光源４０から出射される励起光は、全反射ミラー１４１を透過し、集光レンズ１４３によって増幅用媒体１４５に集光される。励起光は、増幅用媒体１４５に添加される活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は自然放出光を放出し、この自然放出光のうち一部の波長の光が増幅用媒体１４５から出射される。光の一部はコリメートレンズ１４７に伝搬し、光の別の一部は集光レンズ１４３に伝搬する。
　コリメートレンズ１４７に伝搬する光は、コリメートレンズ１４７によって平行光に変換される。平行光である光は、集光レンズ１４９によってビーム品質制御装置７０の光ファイバ３２のコア３２ａに集光される。光は、コア３２ａからコリメートレンズ１５１に向かって出射され、コリメートレンズ１５１によって平行光に変換される。平行光である光のうちの一部の波長の光が部分反射ミラー１５３によってコリメートレンズ１５１に反射される。
　反射された光は、コリメートレンズ１５１によってビーム品質制御装置７０の光ファイバ３２のコア３２ａに集光される。光は、コア３２ａから集光レンズ１４９に向かって出射され、集光レンズ１４９によって平行光に変換され、コリメートレンズ１４７によって増幅用媒体１４５に集光される。光は、増幅用媒体１４５を通過して集光レンズ１４３に伝搬する。
　増幅用媒体１４５から集光レンズ１４３に伝搬する光は、集光レンズ１４３によって平行光に変換され、全反射ミラー１４１に伝搬する。伝搬する光のうち一部の波長の光が、全反射ミラー１４１によって全反射され、上記したように、再び部分反射ミラー１５３に向かって伝搬する。そして、光は、全反射ミラー１４１と部分反射ミラー１５３との間、すなわち共振器２００の内部を往復する。このため、増幅用媒体１４５において誘導放出により光が増幅され、レーザ発振状態が生じる。そして、光の一部は、部分反射ミラー１５３を透過して集光レンズ１５５によって光ファイバ５０のコアに入射される。光は、光ファイバ５０のコアを伝搬し、出射部６０から対象物等に照射される。
　ビーム品質制御装置７０は全反射ミラー１４１と部分反射ミラー１５３との間に配置されており、光ファイバ３２のコア３２ａの屈折率の分布はビーム品質制御装置７０によって切断または切削といったレーザ装置１の用途に応じて変化している。このため、光が共振器２００の内部を往復する度にコア３２ａを伝搬すると、コア３２ａにおいて光のモードの数は用途に応じて変化する。従って、例えば、用途に応じて、シングルモードの光がマルチモードの光に変化したり、マルチモードの光のモード数が減ったり、マルチモードの光がシングルモードの光に変化する。光のビーム品質はビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合に比べて大きく変化するため、用途に応じた所望のビーム品質の光が得られる。
　従って、本実施形態のレーザ装置１では、光源２が固体レーザ装置から成っても、光が共振器２００の内部を往復するため、ビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合と比べて、ビーム品質がより大きく変化し得、所望のビーム品質の光が得られる。また、本実施形態のレーザ装置１によれば、第４実施形態において短時間で所望のビーム品質の光を得ることと同様に、短時間で所望のビーム品質の光が得られる。また、本実施形態のレーザ装置１においても、第４実施形態のレーザ装置１と同様にして、大型化や高コスト化等が抑制される。
　（第７実施形態）
　次に、本発明の第７実施形態について図１６を参照して詳細に説明する。なお、第６実施形態と同一又は同等の構成要素については、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１６は、本実施形態のレーザ装置１を示す図である。本実施形態のレーザ装置１は、光源２と、反射ミラー１５７と、出射部６０とを備える。
　本実施形態の光源２は、気体レーザ装置から成る点において、第６実施形態の固体レーザ装置から成る光源２と異なる。
　光源２は、励起光源４０が励起光を増幅用媒体１４５に出射する点と、増幅用媒体１４５の構成とが、第６実施形態のそれとは異なる。
　本実施形態の増幅用媒体１４５は、例えばＣＯ２などのガスが封止されるガラス管である。増幅用媒体１４５では、励起光がガスを照射すると、励起状態とされたガスは自然放出光を放出し、この自然放出光のうち一部の波長の光が出射される。光は、全反射ミラー１４１と部分反射ミラー１５３との間、すなわち共振器２００の内部を往復する。このため、増幅用媒体１４５において誘導放出により光が増幅され、レーザ発振状態が生じる。そして、光の一部は、部分反射ミラー１５３を透過して集光レンズ１５５によって反射ミラー１５７に集光される。光は、反射ミラー１５７によって出射部６０に反射され、出射部６０から対象物等に照射される。
　本実施形態のビーム品質制御装置７０は全反射ミラー１４１と部分反射ミラー１５３との間に配置されており、光ファイバ３２のコア３２ａの屈折率の分布はビーム品質制御装置７０によって切断または切削といったレーザ装置１の用途に応じて変化している。このため、光が共振器２００の内部を往復する度にコア３２ａを伝搬すると、コア３２ａにおいて光のモードの数は用途に応じて変化する。従って、例えば、用途に応じて、シングルモードの光がマルチモードの光に変化したり、マルチモードの光のモード数が減ったり、マルチモードの光がシングルモードの光に変化する。光のビーム品質はビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合に比べて大きく変化するため、用途に応じた所望のビーム品質の光が得られる。
　従って、本実施形態のレーザ装置１では、光源２が気体レーザ装置から成っても、光が共振器２００の内部を往復するため、ビーム品質制御装置７０が共振器２００の外部に配置される場合と比べて、ビーム品質がより大きく変化し得、所望のビーム品質の光が得られる。また、本実施形態のレーザ装置１によれば、第４実施形態において短時間で所望のビーム品質の光を得ることと同様に、短時間で所望のビーム品質の光が得られる。また、本実施形態のレーザ装置１においても、第４実施形態のレーザ装置１と同様にして、大型化や高コスト化等が抑制される。
　以上、本発明について、上記各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。
　応力付与部８０は、被覆層３２ｃ，５５の外周面の少なくとも一部に面接触していればよい。
　また、第１実施形態のビーム品質制御装置７０において、被覆層５５がクラッド５３に配置されておらず、光ファイバ５０はコア５１及びクラッド５３のみを有してもよい。この場合、応力付与部８０は、クラッド５３の外周面の少なくとも一部に面接触していればよい。また、被覆層５５が配置されてなくても、応力付与部８０は収縮または膨張し得る。これにより、被覆層５５が配置されていなくても、応力付与部８０がクラッド５３に付与する外力はクラッド５３の周方向において不均一に変化する。当該外力が不均一に変化すると、コア５１にかかる応力の分布がコア５１の周方向において不均一となり、コア５１の屈折率の分布が変化し、コア５１を伝搬する光のモードが変化し得る。また、ビーム品質制御装置７０では、光ファイバ５０内でビーム品質が制御されるため、振動や環境温度の変化等が生じても、空間内にレンズが配置されることでビーム品質が制御される場合と比べて、ビーム品質の意図しない変化が抑制され得る。従って、このビーム品質制御装置７０では、所望のビーム品質の光が得られる。ここでは第１実施形態のビーム品質制御装置７０を用いて説明したが、第４実施形態のビーム品質制御装置７０において、上記したように、光ファイバ３２は光ファイバ５０と同じ構成とされ、光ファイバ３２を囲う応力付与部８０は光ファイバ５０を囲う第１実施形態の応力付与部８０と同じ構成とされる。従って、光ファイバ３２はコア３２ａ及びクラッド３２ｂのみを有してもよい。この場合、応力付与部８０は、クラッド３２ｂの外周面の少なくとも一部に面接触していればよい。この場合にであっても、このビーム品質制御装置７０では、所望のビーム品質の光が得られる。
　例えば、応力付与部８０は、光ファイバ３２，５０の全長に渡って光ファイバ３２，５０の外周面を囲っていてもよい。或いは、応力付与部８０は、光ファイバ３２，５０の長手方向における少なくとも一部の外周面において、当該一部の外周面を全周に渡って囲い、当該一部の外周面に隙間なく密着して、当該一部の外周面に面接触してもよい。なお、応力付与部８０は、当該一部の外周面の少なくとも一部に配置されてもよい。応力付与部８０が光ファイバ３２，５０の全長の一部分において光ファイバ３２，５０を囲っている場合、複数の応力付与部８０が互いに離れて配置されてもよい。
　温度制御本体部９１は、レーザ装置１の用途に応じた応力付与部８０の温度の値を入力部１１３から直接入力されてもよい。
　温度制御部９０は、応力付与部８０の温度を計測する温度計測部を有してもよい。この場合、温度制御本体部９１は、温度計測部によって計測された応力付与部８０の温度を基に電源９３の電圧をさらに制御してもよい。温度計測部によって計測された温度が温度制御本体部９１にフィードバックされ、フィードバックが繰り返されることで、応力付与部８０の温度がレーザ装置１の用途に応じた目標温度に設定されるように、応力付与部８０の温度は制御される。応力付与部８０の制御方法には、例えば、ＯＮ－ＯＦＦ制御、ＰＷＭ制御、ＰＩＤ制御などが挙げられる。
　温度制御部９０は、自身が発熱または吸熱せずに、応力付与部８０の温度を変化させてもよい。このような温度制御部９０は、例えば、赤外線及び超音波等を応力付与部８０に照射することで、応力付与部８０の温度を変化させてもよい。
　熱伝導部材１１１は、熱を伝導できれば板状に限定される必要はない。
　ビーム品質制御装置７０では、応力付与部８０の熱膨張係数がクラッド３２ｂ，５３の熱膨張係数よりも小さくてもよい。この場合、応力付与部８０は、クラッド３２ｂ，５３よりも小さく収縮する。そして、応力付与部８０は、応力付与部８０の熱膨張係数がクラッド３２ｂ，５３の熱膨張係数よりも大きい場合に比べて、応力付与部８０の内周面において被覆層３２ｃ，５５を介してクラッド３２ｂ，５３を小さく引っ張り、クラッド３２ｂ，５３に小さな引張応力を付与し得る。また、この場合、応力付与部８０は、クラッド３２ｂ，５３よりも小さく膨張する。そして、応力付与部８０は、応力付与部８０の熱膨張係数がクラッド３２ｂ，５３の熱膨張係数よりも大きい場合に比べて、応力付与部８０の内周面において被覆層５５を介してクラッド３２ｂ，５３を小さく押圧し、クラッド３２ｂ，５３に小さな圧縮応力を付与し得る。
　第１，３－７実施形態のビーム品質制御装置７０では、ペルチェ素子９５の代わりに、ヒータが用いられてもよい。
　第１，２，３実施形態のビーム品質制御装置７０は、共振器２００の外部に配置されていればよく、例えば、デリバリ光ファイバ１０に配置されてもよい。
　第１－７実施形態のレーザ装置では、光源２の数は特に限定されず、少なくとも１つ備えられていればよい。また、第４－７実施形態のビーム品質制御装置７０は、複数の光源２のうちのいずれかの共振器２００の内部に配置されてもよい。
　第２，３実施形態のビーム品質制御装置７０は、増幅用光ファイバ３０及び光ファイバ３２の接続点から第２ＦＢＧのうちの最も離れた部位と出射部６０との間に配置されていればよい。
　第２実施形態の枠部材１１７は、第１，４－７実施形態のビーム品質制御装置７０に組み込まれてもよい。
　第１，３－７実施形態のペルチェ素子９５が配置されておらず、第２実施形態の流路部９９が第１，３－７実施形態の熱伝導部材１１１に組み込まれ、ヒートポンプ９７が第１，３－７実施形態の電源９３の代わりに組み込まれてもよい。
　第３実施形態のビーム品質制御装置７０では、第１実施形態のペルチェ素子９５の代わりに、第２実施形態の流路部９９を有する熱伝導部材１１１が配置されてもよいし、流路部９９が板部材８１に配置されてもよい。
　第３実施形態のビーム品質制御装置７０では、壁部材８３は、光ファイバ５０に固定されてもよい。この場合、ペルチェ素子９５の一方の面の温度が上昇し、他方の面の温度が下降すると、板部材８１は膨張し、一対の壁部材８３は互いに向かって離れる。これにより、一対の壁部材８３は、壁部材８３に固定されているクラッド５３を両側から引っ張り、クラッド５３に引張応力を付与し得る。
　また、上記実施形態のレーザ装置１では、光源２が共振器型のファイバレーザ装置である例を挙げて説明したが、光源２は、他のファイバレーザ装置であってもよい。光源２が他のファイバレーザ装置とされる場合、光源２は、種光源を有するＭＯ－ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置や、ＤＤＬ（Direct Diode Laser）型のレーザ装置であってもよい。光源２がＭＯ－ＰＡ型のファイバレーザ装置である場合、ビーム品質制御装置７０は、種光源と出射部との間に配置されればよい。ただし、種光源から出射される光を増幅する増幅用光ファイバと出射部との間にビーム品質制御装置７０が配置される場合、ビーム品質制御装置７０が種光源と増幅用光ファイバとの間に配置される場合に比べて、ビーム品質制御装置７０は、パワー密度の高い光を所望のビーム品質に近づけ易くなり得、出射部６０から出射する光のビーム品質を所望のビーム品質により近づけ易くなり得る。ＤＤＬ型のレーザ装置の場合、図１に示す光源２がレーザダイオードであってもよく、光源２と、出射部６０との間にビーム品質制御装置７０が配置されればよい。
　増幅用光ファイバ３０や光ファイバ３１は、内側クラッドと外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバで説明したが、これに限定されない。例えば、内側クラッドが２層に分かれており、増幅用光ファイバ３０や光ファイバ３１は、２層の内側クラッド及び外側クラッドの３層のクラッドを有するトリプルクラッドファイバであってもよい。この場合、２層の内側クラッドにおいて、例えば、内側の第１クラッドの屈折率は外側の第２クラッドの屈折率よりも低くされてもよい。また、第２クラッドの屈折率は、外側クラッドの屈折率よりも低くされてもよい。
　第５実施形態のビーム品質制御装置７０における光ファイバは、増幅用光ファイバ３０であってもよい。
　また、共振器２０の内部に配置されているビーム品質制御装置７０の構成は、第２実施形態のビーム品質制御装置７０の構成、または第３実施形態のビーム品質制御装置７０の構成と同じであってもよい。第５，６，７実施形態のレーザ装置では、第４実施形態のビーム品質制御装置７０が用いられる必要はなく、第２，３実施形態のいずれかのビーム品質制御装置７０が用いられてもよい。レーザ装置１では、ビーム品質制御装置７０は、共振器２０の内部及び共振器２０の外部の両方に配置されてもよい。
　記憶部１１５は、レーザ装置１から出射する光のビーム品質に関する情報と応力付与部８０の温度との関係を記憶してもよい。情報は、例えば、ビームウェスト径をどれだけ小さくできるかを示す指標であり、ビームパラメータ積（ＢＰＰ：Beam Parameter Products）で示される。ＢＰＰ［ｍｍ・ｒａｄ］は、ｒ０×θ、またはＭ２（エムスクエア）×λ／πで表される。ｒ０はビームウェスト半径であり、θはビームの発散角の半値全幅である。また、λは、光の波長（μｍ）である。ビーム品質が良い場合にはＢＰＰの値は小さくなる。温度制御部９０は、記憶部１１５に記憶されている当該関係における温度を読み出し、応力付与部８０の温度を読み出した温度に制御する。従って、温度制御部９０は、応力付与部８０の温度を記憶部１１５に記憶された情報に基づく温度に制御している。
　上記の構成によって、レーザ装置１では、温度制御部９０は記憶部１１５に記憶された情報に基づいて応力付与部８０の温度を制御しており、応力付与部８０の温度がこの情報に基づいた温度となると、レーザ装置１から出射する光のビーム品質は、記憶部１１５に記憶されたビーム品質となり得る。これにより、記憶部１１５に記憶されたビーム品質の光が出射され、当該光が対象物を照射し得る。
　本発明によれば、所望のビーム品質の光を得ることができるビーム品質制御装置、及びこれを用いる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 (15)

  1. 　コア及び前記コアの外周面を囲うクラッドを有する光ファイバと、
    　前記光ファイバの外周面の少なくとも一部に面接触し、前記クラッドの熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有する応力付与部と、
    　前記応力付与部の温度を制御する温度制御部と、
    　を備え、
    　前記応力付与部は、当該応力付与部が前記クラッドに付与する外力の分布が前記クラッドの周方向において不均一となるように、前記温度制御部による前記温度の変化によって収縮または膨張する
    ことを特徴とするビーム品質制御装置。
  2. 　主面上に前記応力付与部が配置されて、前記応力付与部及び前記温度制御部に熱的に接続され、前記温度制御部と前記応力付与部との間において熱を伝導する板状の熱伝導部材をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１に記載のビーム品質制御装置。
  3. 　前記温度制御部は、
    　　ヒートポンプと、
    　　前記ヒートポンプによって温度が変化する流体が流れ、前記熱伝導部材を貫通し、前記流体によって前記応力付与部の前記温度を変化させる流路部と、
    　を有する
    ことを特徴とする請求項２に記載のビーム品質制御装置。
  4. 　前記応力付与部は、前記光ファイバの前記外周面に面接触する接触面と前記接触面から離れている前記応力付与部の外周面との間の厚みが不均一な樹脂から成る
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のビーム品質制御装置。
  5. 　前記樹脂の温度が所定の温度よりも低い場合に、前記樹脂は、収縮して前記クラッドに引張応力を付与し、
    　前記樹脂の前記温度が前記所定の温度よりも高い場合に、前記樹脂は、膨張して前記クラッドに圧縮応力を付与する
    ことを特徴とする請求項４に記載のビーム品質制御装置。
  6. 　前記応力付与部の少なくとも一部を囲う枠部材をさらに備え、
    　前記枠部材の熱膨張係数は、前記応力付与部の熱膨張係数よりも小さい
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のビーム品質制御装置。
  7. 　前記応力付与部は、
    　　板部材と、
    　　前記板部材に立設され、前記光ファイバを挟み込む一対の壁部材と、
    　を有し、
    　前記板部材は、前記一対の壁部の並び方向において収縮または膨張し、
    　前記一対の壁部材は、前記板部材の収縮によって前記クラッドに圧縮応力を付与し、前記板部材の膨張によって前記圧縮応力の付与を解放する
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のビーム品質制御装置。
  8. 　請求項１から７のいずれか１項に記載のビーム品質制御装置と、
    　光を出射する光源と、
    を備え、
    　前記コアには、前記光が伝搬する
    ことを特徴とするレーザ装置。
  9. 　請求項１から７のいずれか１項に記載のビーム品質制御装置と、
    　励起光を出射する励起光源と、
    を備え、
    　前記光ファイバには、前記励起光により励起される活性元素により増幅される光が伝搬する
    ことを特徴とするレーザ装置。
  10. 　前記活性元素が添加される増幅用光ファイバと、
    　前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ、前記活性元素により増幅される前記光の少なくとも一部の波長の光を反射する第１ＦＢＧと、
    　前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ、前記第１ＦＢＧが反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を前記第１ＦＢＧより低い反射率で反射する第２ＦＢＧと、
    　前記第２ＦＢＧを透過する光を対象物に向けて出射する出射部と、
    をさらに備え、
    　前記ビーム品質制御装置は、前記増幅用光ファイバ及び前記第２ＦＢＧが設けられる光ファイバの接続点から前記第２ＦＢＧのうちの最も離れた部位と前記出射部との間に配置される
    ことを特徴とする請求項９に記載のレーザ装置。
  11. 　前記励起光により励起される前記活性元素により増幅される前記光が共振する共振器をさらに備え、
    　前記ビーム品質制御装置は、前記共振器の内部に配置される
    ことを特徴とする請求項９に記載のレーザ装置。
  12. 　前記共振器は、
    　　前記活性元素が添加される増幅用光ファイバと、
    　　前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ、前記活性元素により増幅される前記光の少なくとも一部の波長の光を反射する第１ＦＢＧと、
    　　前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ、前記第１ＦＢＧが反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を前記第１ＦＢＧより低い反射率で反射する第２ＦＢＧと、
    を備え、
    　前記ビーム品質制御装置は、前記増幅用光ファイバ及び前記第１ＦＢＧが設けられる光ファイバの接続点と前記第１ＦＢＧのうちの前記接続点から最も離れた部位との間に配置される
    ことを特徴とする請求項１１に記載のレーザ装置。
  13. 　前記共振器は、
    　　前記活性元素が添加される増幅用光ファイバと、
    　　前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ、前記活性元素により増幅される前記光の少なくとも一部の波長の光を反射する第１ＦＢＧと、
    　　前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ、前記第１ＦＢＧが反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を前記第１ＦＢＧより低い反射率で反射する第２ＦＢＧと、
    を備え、
    　前記増幅用光ファイバは、前記ビーム品質制御装置における前記光ファイバである
    ことを特徴とする請求項１１に記載のレーザ装置。
  14. 　前記共振器は、
    　　前記活性元素が添加される増幅用光ファイバと、
    　　前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ、前記活性元素により増幅される前記光の少なくとも一部の波長の光を反射する第１ＦＢＧと、
    　　前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ、前記第１ＦＢＧが反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を前記第１ＦＢＧより低い反射率で反射する第２ＦＢＧと、
    を備え、
    　前記ビーム品質制御装置は、前記増幅用光ファイバ及び前記第２ＦＢＧが設けられる光ファイバの接続点と前記第２ＦＢＧのうちの前記接続点から最も離れた部位との間に配置される
    ことを特徴とする請求項１１に記載のレーザ装置。
  15. 　前記レーザ装置から出射する光のビーム品質に関する情報を記憶する記憶部をさらに備え、
    　前記温度制御部は、前記応力付与部の前記温度を前記記憶部に記憶された前記情報に基づく温度に制御する
    ことを特徴とする請求項８から１４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
     

     
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