WO2021181845A1 - ファイバレーザ装置 - Google Patents

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    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping

Definitions

  • the present invention relates to a fiber laser device, and particularly relates to a fiber laser device that generates high-power laser light by using excitation light.
  • the laser light is amplified by supplying the excitation light to the amplification optical fiber including the core to which the rare earth element is added and allowing the core of the amplification optical fiber to absorb the excitation light.
  • the laser light amplified by the excitation light supplied to the amplification optical fiber propagates through the delivery fiber and is output from the exit end (see, for example, Patent Document 1).
  • the delivery fiber extending from the amplification optical fiber to the emission end accommodates the amplification optical fiber. After being taken out of the accommodating unit and routed by a desired route, it is introduced into the accommodating unit provided with the exit end.
  • the delivery fiber When handling the delivery fiber in this way, the delivery fiber must be bent and arranged due to space constraints. Since lateral pressure acts on the core of the bent delivery fiber, the beam quality of the laser beam propagating inside the bent delivery fiber core may deteriorate. In addition, the shape of the bent delivery fiber is likely to change, and the beam quality of the laser beam is difficult to stabilize.
  • the present invention has been made in view of such problems of the prior art, and provides a fiber laser apparatus capable of suppressing deterioration of the beam quality of the output laser beam and obtaining stable beam quality. With the goal.
  • a fiber laser apparatus capable of suppressing deterioration of the beam quality of the output laser beam and obtaining a stable beam quality.
  • This fiber laser device includes an amplification optical fiber capable of amplifying laser light, at least one excitation light source capable of generating excitation light to be supplied to the amplification optical fiber, and laser light amplified by the amplification optical fiber.
  • An output optical fiber including a first core propagating the light, a first clad having a refractive index lower than that of the first core, and covering the periphery of the first core, and the output optical fiber
  • a delivery fiber including a second core that is optically coupled to the first core and a second clad that has a lower refractive index than the second core and surrounds the second core.
  • the amplification optical fiber and the first accommodating unit for accommodating the output optical fiber are provided.
  • the outer diameter of the second clad of the delivery fiber is larger than the outer diameter of the first clad of the output optical fiber.
  • the delivery fiber extends from the inside of the first accommodation unit to the outside of the first accommodation unit.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of a fiber laser device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an optical fiber for amplification in the fiber laser apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a front optical combiner and a front excitation optical fiber in the fiber laser apparatus shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a rear optical combiner and a rear excitation optical fiber in the fiber laser apparatus shown in FIG.
  • FIGS. 1 to 4 the same or corresponding components are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. Further, in FIGS. 1 to 4, the scale and dimensions of each component may be exaggerated or some components may be omitted. In the following description, unless otherwise noted, terms such as “first” and “second” are only used to distinguish the components from each other and represent a particular order or order. It's not a thing.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of the fiber laser device 1 according to the embodiment of the present invention.
  • the fiber laser apparatus 1 includes a plurality of accommodating units 11 to 14 stacked one above the other.
  • these accommodating units 11 to 14 are shown in a state of being separated from each other for ease of understanding, but in reality, the accommodating units 11 to 14 are stacked one above the other so as to be in contact with each other. ..
  • the fiber laser apparatus 1 includes an amplification optical fiber 20 capable of amplifying laser light, a high-reflecting unit 21 that reflects light in a predetermined wavelength band with high reflectance, and light in this wavelength band.
  • a low-reflecting unit 22 that reflects light with a lower reflectance than that of the high-reflecting unit 21, and a plurality of forward excitation light sources 30 that supply excitation light to the amplification optical fiber 20 from one end side (front) of the amplification optical fiber 20.
  • the front optical combiner 31 that combines the excitation light output from the front excitation light source 30 and introduces it into the amplification optical fiber 20 and the excitation light from the other end side (rear) of the amplification optical fiber 20 to the amplification optical fiber 20.
  • the rear light combiner 41 that combines the excitation light output from the rear excitation light source 40 and introduces it into the amplification optical fiber 20, and the excitation light supplied to the amplification optical fiber 20. It includes a beam output end 50 that outputs amplified laser light.
  • the direction from the amplification optical fiber 20 toward the beam output end 50 is referred to as "downstream side", and the opposite direction is referred to as "upstream side”. ..
  • the front excitation light source 30 and the rear excitation light source 40 for example, a high-power multimode semiconductor laser (LD) having a wavelength of 975 nm can be used.
  • the wavelength of the laser light generated by the front excitation light source 30 and the wavelength of the laser light generated by the rear excitation light source 40 may be the same or different.
  • the high reflection unit 21 and the low reflection unit 22 are composed of, for example, a fiber Bragg grading or a mirror formed by periodically changing the refractive index of the optical fiber.
  • the accommodation unit 12 in the second stage from the top accommodates the amplification optical fiber 20, the high reflection unit 21, the low reflection unit 22, the front light combiner 31, and the rear light combiner 41.
  • the high reflection portion 21 is connected to the amplification optical fiber 20 by the fusion splicer 23 and is connected to the front optical combiner 31 by the fusion splicer 25.
  • the low reflection portion 22 is connected to the amplification optical fiber 20 by the fusion splicing portion 24, and is connected to the rear optical combiner 41 by the fusion splicing portion 26.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the amplification optical fiber 20.
  • the amplification optical fiber 20 is composed of, for example, a double clad fiber, and rare earth elements such as ytterbium (Yb), erbium (Er), thulium (Tr), and neodymium (Nd) are added. It has a core 201, an inner clad 202 formed around the core 201, and an outer clad 203 formed around the inner clad 202.
  • the inner clad 202 is made of a material having a refractive index lower than that of the core 201 (for example, SiO 2 ), and the inside of the core 201 is an optical waveguide through which laser light (signal light) propagates.
  • the outer clad 203 is composed of a resin having a refractive index lower than that of the inner clad 202 (for example, a low refractive index polymer), and the inside of the core 201 and the inner clad 202 is an optical waveguide through which excitation light P propagates. ing.
  • the forward excitation light source 30 is accommodated in the accommodation unit 13 (third accommodation unit) in the third stage from the top.
  • the front excitation optical fibers 33 extend from the front excitation light source 30 in the third-stage accommodation unit 13 to the front optical combiner 31 in the second-stage accommodation unit 12, respectively.
  • the rear excitation light source 40 is accommodated in the lowermost accommodation unit 14 (third accommodation unit).
  • the rear excitation optical fiber 43 extends from the rear excitation light source 40 in the lowermost accommodation unit 14 to the rear optical combiner 41 in the second accommodation unit 12.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the front optical combiner 31 and the front excitation optical fiber 33.
  • the forward-excited optical fiber 33 includes a core 331, a clad 332 that covers the periphery of the core 331, and a coating (not shown) that covers the periphery of the clad 332, and refraction of the clad 332.
  • the rate is lower than the refractive index of the core 331. Therefore, the inside of the core 331 of the forward-excited optical fiber 33 is an optical waveguide through which the excitation light from the forward-excited light source 30 propagates.
  • the forward light combiner 31 has a core 311 and a clad 312 that covers the periphery of the core 311 and a coating 313 that covers the periphery of the clad 312.
  • the refractive index of the clad 312 is lower than that of the core 311, and an optical waveguide through which excitation light propagates is formed inside the core 311.
  • Each of the front-excited optical fibers 33 is fused and connected to the front optical combiner 31 so that the core 331 of the front-excited optical fiber 33 is located in the region of the core 311 of the front optical combiner 31.
  • the coating of the front-excited optical fiber 33 and the coating 313 of the front optical combiner 31 are removed.
  • the excitation light generated by the forward excitation light source 30 propagates through the core 331 of the forward excitation optical fiber 33, is introduced into the core 311 of the forward optical combiner 31, and propagates through the core 311 of the forward optical combiner 31.
  • An air layer may be formed around the core 311 of the forward light combiner 31, and this air layer may be used as the clad 312.
  • the high reflection portion 21 in the present embodiment is composed of a double clad fiber on which fiber Bragg grading is formed. That is, the high reflection portion 21 has a core, an inner clad that covers the periphery of the core, and an outer clad that covers the periphery of the inner clad.
  • the core 311 (see FIG. 3) of the front light combiner 31 and the inner clad of the high reflection portion 21 are optically coupled.
  • the core 201 see FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the rear light combiner 41 and the rear excitation optical fiber 43.
  • the rear-excited optical fiber 43 includes a core 431, a clad 432 that covers the periphery of the core 431, and a coating (not shown) that covers the periphery of the clad 432, and refraction of the clad 432.
  • the rate is lower than the refractive index of the core 431. Therefore, the inside of the core 431 of the rear excitation optical fiber 43 is an optical waveguide through which the excitation light from the rear excitation light source 40 propagates.
  • the rear light combiner 41 has a core 411, an inner clad 412 that covers the periphery of the core 411, an outer clad 413 that covers the periphery of the inner clad 412, and a coating 414 that covers the periphery of the outer clad 413.
  • the refractive index of the inner clad 412 is lower than that of the core 411, and the inside of the core 411 is an optical waveguide through which signal light propagates.
  • the refractive index of the outer clad 413 is lower than that of the inner clad 412, and the insides of the core 411 and the inner clad 412 are optical waveguides through which excitation light propagates.
  • Each of the rear-excited optical fibers 43 is fused and connected to the rear-optical combiner 41 so that the core 431 of the rear-excited optical fiber 43 is located in the region of the inner clad 412 of the rear-optical combiner 41.
  • the coating of the rear-excited optical fiber 43 and the coating 414 of the rear-light combiner 41 are removed.
  • An air layer may be formed around the inner clad 412 of the rear light combiner 41, and this air layer may be used as the outer clad 413.
  • the low reflection portion 22 in the present embodiment is composed of a double clad fiber on which fiber Bragg grading is formed. That is, the low reflection portion 22 has a core, an inner clad that covers the periphery of the core, and an outer clad that covers the periphery of the inner clad.
  • the core 411 (see FIG. 4) of the rear light combiner 41 and the core of the low reflection unit 22 are optically coupled, and the inner cladding 412 of the rear light combiner 41 and the low reflection
  • the inner clad of the portion 22 is optically coupled.
  • the core 201 see FIG.
  • the output optical fiber 60 is connected to the central portion of the end face of the rear optical combiner 41.
  • the output optical fiber 60 includes a core 601 (first core) and a clad 602 (first clad) that covers the periphery of the core 601.
  • the refractive index of the clad 602 is lower than that of the core 601, and the inside of the core 601 is an optical waveguide through which signal light propagates.
  • the outer diameter of the core 601 of the output optical fiber 60 is 40 ⁇ m
  • the outer diameter of the clad 602 is 125 ⁇ m.
  • the output optical fiber 60 is fused and connected to the rear optical combiner 41 so that the core 411 of the rear optical combiner 41 is located in the region of the core 601 of the output optical fiber 60.
  • the output optical fiber 60 is housed in the housing unit 12 (see FIG. 1) together with the rear light combiner 41.
  • the delivery fiber 70 is connected to the end of the output optical fiber 60.
  • the delivery fiber 70 has a core 701 (second core), a clad 702 (second clad) that covers the periphery of the core 701, and a coating 703 that covers the periphery of the clad 702.
  • the refractive index of the clad 702 is lower than that of the core 701, and the inside of the core 701 is an optical waveguide through which signal light propagates.
  • the outer diameter of the core 701 of the delivery fiber 70 is 40 ⁇ m
  • the outer diameter of the clad 702 is 400 ⁇ m.
  • the delivery fiber 70 is fused and connected to the output optical fiber 60 so that the core 601 of the output optical fiber 60 is located within the region of the core 701 of the delivery fiber 70.
  • the coating 703 of the delivery fiber 70 is removed in the vicinity of the fusion splicing portion between the output optical fiber 60 and the delivery fiber 70.
  • the end of the delivery fiber 70 on the output optical fiber 60 side is housed in the accommodation unit 12 (first accommodation unit), and the delivery fiber 70 extends from the accommodation unit 12 to the outside and is routed by a predetermined route. After that, it is introduced into the accommodation unit 11 (second accommodation unit).
  • the delivery fiber 70 has a coating 703 in the portion protruding from the accommodation units 11 and 12.
  • the accommodating unit 11 accommodates a clad mode stripper 80 as a clad mode removing portion for removing clad mode light, and the end of the delivery fiber 70 introduced into the accommodating unit 11 is a clad mode at a fusion splicing portion 81. It is connected to the stripper 80.
  • As the clad mode stripper 80 various kinds of known clad mode removing structures can be adopted, and the clad mode stripper 80 removes unnecessary clad mode light propagating in the clad 702 of the delivery fiber 70.
  • the clad mode stripper 80 in the accommodating unit 11 is connected to the optical fiber 83 by a fusion splicer 82.
  • the optical fiber 83 extends to the beam output end 50.
  • the excitation light generated by each of the forward excitation light sources 30 propagates through the core 331 of the forward excitation optical fiber 33 and is introduced into the core 311 of the forward optical combiner 31.
  • the excitation light introduced into the core 311 of the forward light combiner 31 is introduced into the inner clad 202 of the amplification optical fiber 20 through the high reflection portion 21.
  • the excitation light generated by each of the rear excitation light sources 40 propagates through the core 431 of the rear excitation optical fiber 43 and is introduced into the inner clad 412 of the rear light combiner 41.
  • the excitation light introduced into the inner clad 412 of the rear light combiner 41 is introduced into the inner clad 202 of the amplification optical fiber 20 through the low reflection portion 22.
  • the excitation light P introduced into the amplification optical fiber 20 from the front excitation light source 30 and the rear excitation light source 40 propagates inside the inner clad 202 and the core 201 of the amplification optical fiber 20.
  • the excitation light P passes through the core 201, it is absorbed by the rare earth element ion, and the rare earth element ion is excited to generate spontaneous emission light.
  • This naturally emitted light is recursively reflected between the high reflection unit 21 and the low reflection unit 22, and the light having a specific wavelength (for example, 1064 nm) is amplified to cause laser oscillation.
  • the laser light (signal light) amplified in this way propagates inside the core 201 of the amplification optical fiber 20, and a part of the laser light (signal light) passes through the low reflection portion 22.
  • the signal light transmitted through the low reflection unit 22 propagates through the core 411 of the rear light combiner 41, passes through the core 601 of the output optical fiber 60, and is introduced into the core 701 of the delivery fiber 70.
  • This signal light propagates through the core 701 of the delivery fiber 70 to reach the clad mode stripper 80 in the accommodating unit 11, and after the unnecessary clad mode light is removed by the clad mode stripper, the signal light is transmitted to the beam output end 50. Is emitted toward, for example, an object to be processed.
  • the outer diameter of the core 701 of the delivery fiber 70 (for example, 40 ⁇ m) is equal to the outer diameter of the core 601 of the output optical fiber 60 (for example, 40 ⁇ m).
  • the outer diameter of the clad 702 of the delivery fiber 70 (for example, 400 ⁇ m) is larger than the outer diameter of the clad 602 of the output optical fiber 60 (for example, 125 ⁇ m).
  • the outer diameter of the clad 702 is preferably 4 times or more and 25 times or less, more preferably 5 times or more and 14 times or less, and about 10 times the outer diameter of the core 701 of the delivery fiber 70. More preferred.
  • the outer diameter of the clad 702 of the delivery fiber 70 is preferably 1 mm or less.
  • the larger the outer diameter of the optical fiber clad the smaller the degree of deterioration of beam quality due to bending of the optical fiber.
  • the delivery fiber 70 since the outer diameter of the clad 702 of the delivery fiber 70 is larger than the outer diameter of the clad 602 of the output optical fiber 60, the delivery fiber 70 is arranged in a bent state outside the accommodating unit 12. However, the deterioration of the beam quality of the laser beam propagating through the core 701 of the delivery fiber 70 is suppressed, and the beam quality is stable.
  • the fiber laser device 1 in the present embodiment has a rear optical combiner 41, and a plurality of rear excitation optical fibers 43 are connected to the rear optical combiner 41 in addition to the output optical fiber 60. Therefore, the outer diameter of the clad 602 of the output optical fiber 60 is smaller than that of the inner clad 412 of the rear optical combiner 41. Therefore, as described above, by connecting the output optical fiber 60 to the delivery fiber 70 having the clad 702 having a large outer diameter, deterioration of the beam quality of the laser light propagating in the core 701 of the delivery fiber 70 is effectively suppressed. be able to.
  • the delivery fiber 70 extends from the accommodation unit 12 toward the accommodation unit 11, the delivery fiber 70 is often bent between the accommodation unit 12 and the accommodation unit 11.
  • the accommodation unit 11 and the accommodation unit 12 are laminated in the vertical direction as in the present embodiment, it is necessary to bend and handle the delivery fiber 70.
  • the outer diameter of the clad 702 of the delivery fiber 70 is the clad 602 of the output optical fiber 60 as described above. Since it is larger than the outer diameter, deterioration of the beam quality of the laser beam propagating in the core 701 of the delivery fiber 70 can be suppressed.
  • the outer diameter of the clad 702 of the delivery fiber 70 is larger than the outer diameter of the clad 602 of the output optical fiber 60.
  • the beam quality is hard to fluctuate, and the structure is resistant to disturbance.
  • the footprint of the accommodation units 11 to 14 can be reduced. Further, since the accommodating units 11 to 14 are arranged adjacent to each other in the vertical direction, for example, by arranging the accommodating units 11 to 14 so as to be able to be pulled out in the housing, maintenance of these accommodating units 11 to 14 is performed. Can be made easier. Further, it is known that induced Raman scattering can be reduced by shortening the length of the optical fiber. However, by arranging the accommodating unit 11 and the accommodating unit 12 adjacent to each other as in the present embodiment, the output light can be reduced. Since the length of the optical fiber from the fiber 60 to the clad mode stripper 80 can be shortened, the induced Raman scattering can be reduced.
  • the above-mentioned accommodation units 11 to 14 may be cooled by a separate cooling system. By doing so, the components housed in the respective housing units 11 to 14 can be cooled independently of each other. Therefore, it is possible to effectively reduce the change in the optical characteristics due to the temperature change of these components, and the efficiency of the fiber laser device is also improved.
  • the fiber laser apparatus 1 of the present embodiment has a plurality of rear excitation light sources 40 and a rear light combiner 41, it is also possible to omit the rear excitation light source 40 and the rear light combiner 41.
  • the low reflection unit 22 and the output optical fiber 60 are connected to each other.
  • the accommodating units 11 to 14 are laminated in the vertical direction, but it goes without saying that the accommodating units 11 to 14 may be laminated in the horizontal direction.
  • a MOPA fiber laser device that amplifies seed light from a seed light source by using excitation light from an excitation light source is also known, but the present invention is also applied to such a MOPA fiber laser device. Can be done.
  • a fiber laser apparatus capable of suppressing deterioration of the beam quality of the output laser light and obtaining a stable beam quality.
  • This fiber laser device includes an amplification optical fiber capable of amplifying laser light, at least one excitation light source capable of generating excitation light to be supplied to the amplification optical fiber, and laser light amplified by the amplification optical fiber.
  • An output optical fiber including a first core propagating the light, a first clad having a refractive index lower than that of the first core, and covering the periphery of the first core, and the output optical fiber
  • a delivery fiber including a second core that is optically coupled to the first core and a second clad that has a lower refractive index than the second core and surrounds the second core.
  • the amplification optical fiber and the first accommodating unit for accommodating the output optical fiber are provided.
  • the outer diameter of the second clad of the delivery fiber is larger than the outer diameter of the first clad of the output optical fiber.
  • the delivery fiber extends from the inside of the first accommodation unit to the outside of the first accommodation unit.
  • the outer diameter of the second clad of the delivery fiber is larger than the outer diameter of the first clad of the output optical fiber, so that the delivery fiber is outside the first accommodation unit. Even if the laser beam is arranged in a bent state, the deterioration of the beam quality of the laser beam propagating through the second core of the delivery fiber is suppressed, and the beam quality is stable.
  • the fiber laser apparatus may further include a second accommodating unit that internally accommodates a clad mode removing portion that removes clad mode light.
  • the second containment unit is separate from the first containment unit.
  • the delivery fiber may extend from the inside of the first accommodating unit to the outside of the first accommodating unit and may be connected to the clad mode removing portion of the second accommodating unit.
  • the delivery fiber is often bent between the first accommodating unit and the second accommodating unit, but as described above, the delivery fiber is the first accommodating unit and the second accommodating unit. Even if the laser beam is arranged in a bent state with the unit, the deterioration of the beam quality of the laser beam propagating through the second core of the delivery fiber is suppressed, and the beam quality is stable.
  • the first accommodation unit and the second accommodation unit may be arranged adjacent to each other. It is known that induced Raman scattering can be reduced by shortening the length of the optical fiber. However, by arranging the first accommodating unit and the second accommodating unit adjacent to each other in this way, the output optical fiber Since the length of the optical fiber from the to the clad mode removing portion can be shortened, the induced Raman scattering can be reduced.
  • the second accommodation unit may be arranged adjacent to the upper side or the lower side of the first accommodation unit. If the first accommodating unit and the second accommodating unit are arranged adjacent to each other in the vertical direction in this way, maintenance of these accommodating units can be performed, for example, by arranging these accommodating units so that they can be pulled out in the housing. Can be made easier.
  • the at least one excitation light source may include a plurality of rear excitation light sources provided on the downstream side of the amplification optical fiber.
  • the fiber laser device combines a plurality of rear excitation optical fibers that propagate the excitation light generated by the plurality of rear excitation light sources with the excitation light generated by the plurality of rear excitation light sources for the amplification. It may further include a rear light combiner to be introduced into the optical fiber.
  • the rear optical combiner has an end face in which the plurality of rear excitation optical fibers and the output optical fiber are optically coupled.
  • the outer diameter of the first clad of the output optical fiber is on the upstream side of the rear optical fiber. It is smaller than an optical fiber. Therefore, as described above, by connecting the output optical fiber to the delivery fiber having the second clad having a large outer diameter, the deterioration of the beam quality of the laser light propagating in the second core of the delivery fiber is effectively deteriorated. It can be suppressed.
  • the fiber laser apparatus may further include a third accommodation unit that internally accommodates at least one excitation light source.
  • the third containment unit is separate from the first containment unit.
  • the first containment unit and the third containment unit may be arranged adjacent to each other. Further, the third accommodating unit may be separate from the second accommodating unit. According to such a configuration, the cooling systems of the first accommodation unit and the third accommodation unit can be separated, so that the amplification optical fiber and the output optical fiber accommodated in the first accommodation unit can be separated from each other.
  • the excitation light source housed in the third house unit can be cooled independently of each other. Therefore, it is possible to reduce the change in the optical characteristics due to the temperature change of these components, and the efficiency of the fiber laser apparatus is also improved.
  • the outer diameter of the second clad of the delivery fiber is larger than the outer diameter of the first clad of the output optical fiber, so that the delivery fiber is outside the first accommodation unit. Even if it is arranged in a bent state, deterioration of the beam quality of the laser beam propagating through the second core of the delivery fiber can be suppressed.
  • the present invention is suitably used for a fiber laser device that generates high-power laser light using excitation light.

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Abstract

出力されるレーザ光のビーム品質の悪化を抑制し、安定したビーム品質を得ることができるファイバレーザ装置を提供する。ファイバレーザ装置１は、レーザ光を増幅可能な増幅用光ファイバ２０と、励起光を生成可能な励起光源３０，４０と、増幅用光ファイバ２０により増幅されたレーザ光を伝搬するコア６０１と、コア６０１よりも低い屈折率を有し、コア６０１の周囲を覆うクラッド６０２とを含む出力光ファイバ６０と、出力光ファイバ６０のコア６０１と光学的に結合されるコア７０１と、コア７０１よりも低い屈折率を有し、コア７０１の周囲を覆うクラッド７０２とを含むデリバリファイバ７０とを備える。デリバリファイバ７０のクラッド７０２の外径は、出力光ファイバ６０のクラッド６０２の外径よりも大きい。デリバリファイバ７０は、収容ユニット１２の内部から外部に延びている。

Description

ファイバレーザ装置
　本発明は、ファイバレーザ装置に係り、特に励起光を用いて高出力のレーザ光を生成するファイバレーザ装置に関するものである。
　従来から金属切断のために用いられてきた炭酸ガスレーザと比べると、ファイバレーザ装置は、そのビーム品質が良く、ビームスポットを小さくすることができ、またパワー密度も大きいため、近年、金属材料の切断や溶接などの加工を行うために用いられることが多くなってきている。このようなファイバレーザ装置においては、希土類元素が添加されたコアを含む増幅用光ファイバに励起光を供給し、増幅用光ファイバのコアに励起光を吸収させることでレーザ光が増幅される。増幅用光ファイバに供給された励起光によって増幅されたレーザ光は、デリバリファイバを伝搬して出射端部から出力される（例えば、特許文献１参照）。
　従来のファイバレーザ装置では、増幅用光ファイバと出射端部とは互いに異なる収容ユニットに収容されているため、増幅用光ファイバから出射端部に延びるデリバリファイバは、増幅用光ファイバが収容される収容ユニットから外部に出され、所望の経路で取り回された後、出射端部が設けられる収容ユニットに導入されることとなる。このようにデリバリファイバを取り回す際には、スペース上の制約からデリバリファイバを曲げて配置せざるを得ない。曲げられたデリバリファイバのコアには側圧が作用するため、その内部を伝搬するレーザ光のビーム品質が悪化し得る。また、曲げられたデリバリファイバの形状が変化しやすく、レーザ光のビーム品質も安定しにくい。
特開２０１７－１６８７７２号公報
　本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、出力されるレーザ光のビーム品質の悪化を抑制し、安定したビーム品質を得ることができるファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様によれば、出力されるレーザ光のビーム品質の悪化を抑制し、安定したビーム品質を得ることができるファイバレーザ装置が提供される。このファイバレーザ装置は、レーザ光を増幅可能な増幅用光ファイバと、上記増幅用光ファイバに供給する励起光を生成可能な少なくとも１つの励起光源と、上記増幅用光ファイバにより増幅されたレーザ光を伝搬する第１のコアと、上記第１のコアよりも低い屈折率を有し、上記第１のコアの周囲を覆う第１のクラッドとを含む出力光ファイバと、上記出力光ファイバの上記第１のコアと光学的に結合される第２のコアと、上記第２のコアよりも低い屈折率を有し、上記第２のコアの周囲を覆う第２のクラッドとを含むデリバリファイバと、上記増幅用光ファイバ及び上記出力光ファイバを内部に収容する第１の収容ユニットとを備える。上記デリバリファイバの上記第２のクラッドの外径は、上記出力光ファイバの上記第１のクラッドの外径よりも大きい。上記デリバリファイバは、上記第１の収容ユニットの内部から上記第１の収容ユニットの外部に延びる。
図１は、本発明の一実施形態におけるファイバレーザ装置の全体構成を模式的に示す図である。 図２は、図１に示すファイバレーザ装置における増幅用光ファイバを模式的に示す断面図である。 図３は、図１に示すファイバレーザ装置における前方光コンバイナ及び前方励起光ファイバを模式的に示す断面図である。 図４は、図１に示すファイバレーザ装置における後方光コンバイナ及び後方励起光ファイバを模式的に示す断面図である。
　以下、本発明に係るファイバレーザ装置の実施形態について図１から図４を参照して詳細に説明する。図１から図４において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図４においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。以下の説明では、特に言及がない場合には、「第１」や「第２」などの用語は、構成要素を互いに区別するために使用されているだけであり、特定の順位や順番を表すものではない。
　図１は、本発明の一実施形態におけるファイバレーザ装置１の全体構成を模式的に示す図である。図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、上下に積層された複数の収容ユニット１１～１４を含んでいる。図１では、理解を容易にするため、これらの収容ユニット１１～１４が互いに離間した状態で示されているが、実際には、収容ユニット１１～１４は互いに接するように上下に積層されている。
　図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、レーザ光を増幅可能な増幅用光ファイバ２０と、所定の波長帯の光を高い反射率で反射する高反射部２１と、この波長帯の光を高反射部２１よりも低い反射率で反射する低反射部２２と、増幅用光ファイバ２０の一端側（前方）から増幅用光ファイバ２０に励起光を供給する複数の前方励起光源３０と、前方励起光源３０から出力される励起光を結合して増幅用光ファイバ２０に導入する前方光コンバイナ３１と、増幅用光ファイバ２０の他端側（後方）から増幅用光ファイバ２０に励起光を供給する複数の後方励起光源４０と、後方励起光源４０から出力される励起光を結合して増幅用光ファイバ２０に導入する後方光コンバイナ４１と、増幅用光ファイバ２０に供給された励起光によって増幅されたレーザ光を出力するビーム出力端５０とを備えている。なお、本明細書では、特に言及がない場合には、増幅用光ファイバ２０からビーム出力端５０に向かう方向を「下流側」といい、それとは逆の方向を「上流側」ということとする。
　前方励起光源３０及び後方励起光源４０としては、例えば、波長９７５ｎｍの高出力マルチモード半導体レーザ（ＬＤ）を用いることができる。前方励起光源３０で生成されるレーザ光の波長と後方励起光源４０で生成されるレーザ光の波長は同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、高反射部２１及び低反射部２２は、例えば、周期的に光ファイバの屈折率を変化させて形成したファイバブラッググレーディングやミラーにより構成される。
　上から２段目の収容ユニット１２には、増幅用光ファイバ２０、高反射部２１、低反射部２２、前方光コンバイナ３１、及び後方光コンバイナ４１が収容されている。この収容ユニット１２の内部では、高反射部２１が、融着接続部２３で増幅用光ファイバ２０に接続され、融着接続部２５で前方光コンバイナ３１に接続されている。また、低反射部２２が、融着接続部２４で増幅用光ファイバ２０に接続され、融着接続部２６で後方光コンバイナ４１に接続されている。
　図２は、増幅用光ファイバ２０を模式的に示す断面図である。図２に示すように、増幅用光ファイバ２０は、例えばダブルクラッドファイバによって構成され、例えばイッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｒ）、ネオジム（Ｎｄ）などの希土類元素が添加されたコア２０１と、コア２０１の周囲に形成された内側クラッド２０２と、内側クラッド２０２の周囲に形成された外側クラッド２０３とを有する。内側クラッド２０２は、コア２０１の屈折率よりも低い屈折率の材料（例えばＳｉＯ2）から構成され、コア２０１の内部はレーザ光（信号光）が伝搬する光導波路となっている。また、外側クラッド２０３は、内側クラッド２０２の屈折率よりも低い屈折率の樹脂（例えば低屈折率ポリマー）から構成され、コア２０１及び内側クラッド２０２の内部は励起光Ｐが伝搬する光導波路となっている。
　上から３段目の収容ユニット１３（第３の収容ユニット）には前方励起光源３０が収容されている。３段目の収容ユニット１３内の前方励起光源３０から２段目の収容ユニット１２内の前方光コンバイナ３１まで前方励起光ファイバ３３がそれぞれ延びている。また、最下段の収容ユニット１４（第３の収容ユニット）には後方励起光源４０が収容されている。最下段の収容ユニット１４内の後方励起光源４０から２段目の収容ユニット１２内の後方光コンバイナ４１まで後方励起光ファイバ４３がそれぞれ延びている。
　図３は、前方光コンバイナ３１及び前方励起光ファイバ３３を模式的に示す断面図である。図３に示すように、前方励起光ファイバ３３は、コア３３１と、コア３３１の周囲を覆うクラッド３３２と、クラッド３３２の周囲を覆う被覆（図示せず）とを含んでおり、クラッド３３２の屈折率はコア３３１の屈折率よりも低くなっている。したがって、前方励起光ファイバ３３のコア３３１の内部は前方励起光源３０からの励起光が伝搬する光導波路となっている。
　前方光コンバイナ３１は、コア３１１と、コア３１１の周囲を覆うクラッド３１２と、クラッド３１２の周囲を覆う被覆３１３とを有している。クラッド３１２の屈折率はコア３１１の屈折率よりも低くなっており、コア３１１の内部には励起光が伝搬する光導波路が形成されている。それぞれの前方励起光ファイバ３３は、前方励起光ファイバ３３のコア３３１が前方光コンバイナ３１のコア３１１の領域内に位置するように前方光コンバイナ３１に融着接続されている。前方励起光ファイバ３３と前方光コンバイナ３１との融着接続部の近傍では、前方励起光ファイバ３３の被覆と前方光コンバイナ３１の被覆３１３が除去されている。これにより、前方励起光源３０で生成された励起光が、前方励起光ファイバ３３のコア３３１を伝搬して前方光コンバイナ３１のコア３１１に導入され、前方光コンバイナ３１のコア３１１を伝搬する。なお、前方光コンバイナ３１のコア３１１の周囲に空気の層を形成し、この空気の層をクラッド３１２として用いてもよい。
　本実施形態における高反射部２１は、ファイバブラッググレーディングが形成されたダブルクラッドファイバにより構成されている。すなわち、高反射部２１は、コアと、コアの周囲を覆う内側クラッドと、内側クラッドの周囲を覆う外側クラッドとを有している。融着接続部２５（図１参照）では、前方光コンバイナ３１のコア３１１（図３参照）と高反射部２１の内側クラッドとが光学的に結合されている。また、融着接続部２３（図１参照）では、増幅用光ファイバ２０のコア２０１（図２参照）と高反射部２１のコアとが光学的に結合され、増幅用光ファイバ２０の内側クラッド２０２（図２参照）と高反射部２１の内側クラッドとが光学的に結合されている。
　図４は、後方光コンバイナ４１及び後方励起光ファイバ４３を模式的に示す断面図である。図４に示すように、後方励起光ファイバ４３は、コア４３１と、コア４３１の周囲を覆うクラッド４３２と、クラッド４３２の周囲を覆う被覆（図示せず）とを含んでおり、クラッド４３２の屈折率はコア４３１の屈折率よりも低くなっている。したがって、後方励起光ファイバ４３のコア４３１の内部は後方励起光源４０からの励起光が伝搬する光導波路となっている。
　後方光コンバイナ４１は、コア４１１と、コア４１１の周囲を覆う内側クラッド４１２と、内側クラッド４１２の周囲を覆う外側クラッド４１３と、外側クラッド４１３の周囲を覆う被覆４１４とを有している。内側クラッド４１２の屈折率はコア４１１の屈折率よりも低くなっており、コア４１１の内部は信号光が伝搬する光導波路となっている。また、外側クラッド４１３の屈折率は内側クラッド４１２の屈折率よりも低くなっており、コア４１１及び内側クラッド４１２の内部は励起光が伝搬する光導波路となっている。それぞれの後方励起光ファイバ４３は、後方励起光ファイバ４３のコア４３１が後方光コンバイナ４１の内側クラッド４１２の領域内に位置するように後方光コンバイナ４１に融着接続されている。後方励起光ファイバ４３と後方光コンバイナ４１との融着接続部の近傍では、後方励起光ファイバ４３の被覆と後方光コンバイナ４１の被覆４１４が除去されている。なお、後方光コンバイナ４１の内側クラッド４１２の周囲に空気の層を形成し、この空気の層を外側クラッド４１３として用いてもよい。
　本実施形態における低反射部２２は、ファイバブラッググレーディングが形成されたダブルクラッドファイバにより構成されている。すなわち、低反射部２２は、コアと、コアの周囲を覆う内側クラッドと、内側クラッドの周囲を覆う外側クラッドとを有している。融着接続部２６（図１参照）では、後方光コンバイナ４１のコア４１１（図４参照）と低反射部２２のコアとが光学的に結合され、後方光コンバイナ４１の内側クラッド４１２と低反射部２２の内側クラッドとが光学的に結合されている。また、融着接続部２４（図１参照）では、増幅用光ファイバ２０のコア２０１（図２参照）と低反射部２２のコアとが光学的に結合され、増幅用光ファイバ２０の内側クラッド２０２（図２参照）と低反射部２２の内側クラッドとが光学的に結合されている。
　図４に示すように、後方光コンバイナ４１の端面中央部には出力光ファイバ６０が接続されている。この出力光ファイバ６０は、コア６０１（第１のコア）と、コア６０１の周囲を覆うクラッド６０２（第１のクラッド）とを含んでいる。クラッド６０２の屈折率はコア６０１の屈折率よりも低くなっており、コア６０１の内部は信号光が伝搬する光導波路となっている。例えば、出力光ファイバ６０のコア６０１の外径は４０μｍであり、クラッド６０２の外径は１２５μｍである。出力光ファイバ６０は、後方光コンバイナ４１のコア４１１が出力光ファイバ６０のコア６０１の領域内に位置するように後方光コンバイナ４１に融着接続されている。この出力光ファイバ６０は、後方光コンバイナ４１とともに収容ユニット１２（図１参照）に収容されている。
　図４に示すように、出力光ファイバ６０の端部にはデリバリファイバ７０が接続されている。このデリバリファイバ７０は、コア７０１（第２のコア）と、コア７０１の周囲を覆うクラッド７０２（第２のクラッド）と、クラッド７０２の周囲を覆う被覆７０３とを有している。クラッド７０２の屈折率はコア７０１の屈折率よりも低くなっており、コア７０１の内部は信号光が伝搬する光導波路となっている。例えば、デリバリファイバ７０のコア７０１の外径は４０μｍであり、クラッド７０２の外径は４００μｍである。デリバリファイバ７０は、出力光ファイバ６０のコア６０１がデリバリファイバ７０のコア７０１の領域内に位置するように出力光ファイバ６０に融着接続されている。出力光ファイバ６０とデリバリファイバ７０との融着接続部の近傍では、デリバリファイバ７０の被覆７０３が除去されている。
　デリバリファイバ７０の出力光ファイバ６０側の端部は収容ユニット１２（第１の収容ユニット）に収容されているが、このデリバリファイバ７０は収容ユニット１２から外部に延び、所定の経路で取り回された上で収容ユニット１１（第２の収容ユニット）に導入される。なお、デリバリファイバ７０の損傷を低減するために、デリバリファイバ７０が収容ユニット１１及び１２から外部に出ている部分では被覆７０３を有することが好ましい。
　収容ユニット１１には、クラッドモード光を除去するクラッドモード除去部としてのクラッドモードストリッパ８０が収容されており、収容ユニット１１に導入されたデリバリファイバ７０の端部が融着接続部８１でクラッドモードストリッパ８０に接続される。このクラッドモードストリッパ８０としては様々な種類の公知のクラッドモード除去構造を採用することができ、このクラッドモードストリッパ８０によりデリバリファイバ７０のクラッド７０２を伝搬する不要なクラッドモード光が除去される。収容ユニット１１内のクラッドモードストリッパ８０は、融着接続部８２で光ファイバ８３に接続されている。この光ファイバ８３はビーム出力端５０まで延びている。
　このような構成において、それぞれの前方励起光源３０で生成された励起光は、前方励起光ファイバ３３のコア３３１を伝搬して前方光コンバイナ３１のコア３１１に導入される。前方光コンバイナ３１のコア３１１に導入された励起光は高反射部２１を通って増幅用光ファイバ２０の内側クラッド２０２に導入される。また、それぞれの後方励起光源４０で生成された励起光は、後方励起光ファイバ４３のコア４３１を伝搬して後方光コンバイナ４１の内側クラッド４１２に導入される。後方光コンバイナ４１の内側クラッド４１２に導入された励起光は低反射部２２を通って増幅用光ファイバ２０の内側クラッド２０２に導入される。
　図２に示すように、前方励起光源３０及び後方励起光源４０から増幅用光ファイバ２０に導入された励起光Ｐは、増幅用光ファイバ２０の内側クラッド２０２及びコア２０１の内部を伝搬する。この励起光Ｐがコア２０１を通過する際に希土類元素イオンに吸収され、この希土類元素イオンが励起されて自然放出光が生じる。この自然放出光が高反射部２１と低反射部２２との間で再帰的に反射され、特定の波長（例えば１０６４ｎｍ）の光が増幅されてレーザ発振が生じる。このようにして増幅されたレーザ光（信号光）は、増幅用光ファイバ２０のコア２０１の内部を伝搬し、その一部が低反射部２２を透過する。低反射部２２を透過した信号光は、後方光コンバイナ４１のコア４１１を伝搬し、出力光ファイバ６０のコア６０１を通ってデリバリファイバ７０のコア７０１に導入される。この信号光は、デリバリファイバ７０のコア７０１を伝搬して収容ユニット１１内のクラッドモードストリッパ８０に至り、このクラッドモードストリッパで不要なクラッドモード光が除去された後、信号光がビーム出力端５０から例えば加工対象物に向けて出射される。
　ここで、信号光の損失を低減するために、デリバリファイバ７０のコア７０１の外径（例えば４０μｍ）は、出力光ファイバ６０のコア６０１の外径（例えば４０μｍ）に等しいことが好ましい。一方、デリバリファイバ７０のクラッド７０２の外径（例えば４００μｍ）は、出力光ファイバ６０のクラッド６０２の外径（例えば１２５μｍ）よりも大きくなっている。デリバリファイバ７０のコア７０１の外径に対してクラッド７０２の外径は４倍以上２５倍以下であることが好ましく、５倍以上１４倍以下であることがより好ましく、約１０倍であることがさらに好ましい。また、デリバリファイバ７０の取り回しを考慮すると、デリバリファイバ７０のクラッド７０２の外径は１ｍｍ以下であることが好ましい。
　一般に、光ファイバのクラッドの外径が大きくなるほど、光ファイバの曲げに対するビーム品質の悪化の度合いが小さくなる。本実施形態では、デリバリファイバ７０のクラッド７０２の外径が出力光ファイバ６０のクラッド６０２の外径よりも大きくなっているため、デリバリファイバ７０が収容ユニット１２の外部で曲げられた状態で配置されても、デリバリファイバ７０のコア７０１を伝搬するレーザ光のビーム品質の悪化が抑えられ、ビーム品質が安定する。
　特に、本実施形態におけるファイバレーザ装置１は後方光コンバイナ４１を有しているが、この後方光コンバイナ４１には出力光ファイバ６０に加えて複数の後方励起光ファイバ４３も接続されている。このため、出力光ファイバ６０のクラッド６０２の外径は後方光コンバイナ４１の内側クラッド４１２に比べて小さくなる。したがって、上述のように、出力光ファイバ６０を外径の大きなクラッド７０２を有するデリバリファイバ７０に接続することで、デリバリファイバ７０のコア７０１を伝搬するレーザ光のビーム品質の悪化を効果的に抑えることができる。
　また、本実施形態では、デリバリファイバ７０が収容ユニット１２から収容ユニット１１に向かって延びているため、収容ユニット１２と収容ユニット１１との間でデリバリファイバ７０が曲げられることが多くなる。特に本実施形態のように、収容ユニット１１と収容ユニット１２とを上下方向に積層した場合はデリバリファイバ７０を曲げて取り回す必要が生じる。このように、デリバリファイバ７０を収容ユニット１２と収容ユニット１１との間で曲げた状態で配置しても、上述したようにデリバリファイバ７０のクラッド７０２の外径が出力光ファイバ６０のクラッド６０２の外径よりも大きくなっているため、デリバリファイバ７０のコア７０１を伝搬するレーザ光のビーム品質の悪化が抑えられる。また、メンテナンスや装置の移動に伴って振動等の外乱が生じた場合であっても、デリバリファイバ７０のクラッド７０２の外径が出力光ファイバ６０のクラッド６０２の外径よりも大きくなっているため、ビーム品質が変動しづらく、外乱に強い構造となっている。
　また、本実施形態のように、収容ユニット１１～１４を上下方向に隣接して配置することで、収容ユニット１１～１４のフットプリントを低減することができる。さらに、収容ユニット１１～１４を上下方向に隣接して配置しているため、例えばこれらの収容ユニット１１～１４を筐体内に引出可能に配置することなどにより、これらの収容ユニット１１～１４のメンテナンスを行いやすくすることができる。さらに、光ファイバの長さを短くすることで誘導ラマン散乱を低減できることが知られているが、本実施形態のように収容ユニット１１と収容ユニット１２とを隣接して配置することで、出力光ファイバ６０からクラッドモードストリッパ８０までの光ファイバの長さを短くすることができるため、誘導ラマン散乱を低減することができる。
　上述した収容ユニット１１～１４を別個の冷却系統により冷却してもよい。このようにすることで、それぞれの収容ユニット１１～１４に収容されている構成要素を互いに独立して冷却することができる。したがって、これらの構成要素の温度変化による光学特性の変化を効果的に低減することが可能となり、ファイバレーザ装置の効率も向上する。
　また、本実施形態のファイバレーザ装置１は複数の後方励起光源４０と後方光コンバイナ４１とを有しているが、後方励起光源４０と後方光コンバイナ４１とを省略することも可能である。この場合には、低反射部２２と出力光ファイバ６０とが互いに接続される。
　また、図示した例では、収容ユニット１１～１４が上下方向に積層されているが、収容ユニット１１～１４を水平方向に積層してもよいことは言うまでもない。
　ファイバレーザ装置としては、シード光源からのシード光を励起光源からの励起光を用いて増幅するＭＯＰＡファイバレーザ装置も知られているが、本発明はこのようなＭＯＰＡファイバレーザ装置にも適用することができる。
　これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
　以上述べたように、本発明の一態様によれば、出力されるレーザ光のビーム品質の悪化を抑制し、安定したビーム品質を得ることができるファイバレーザ装置が提供される。このファイバレーザ装置は、レーザ光を増幅可能な増幅用光ファイバと、上記増幅用光ファイバに供給する励起光を生成可能な少なくとも１つの励起光源と、上記増幅用光ファイバにより増幅されたレーザ光を伝搬する第１のコアと、上記第１のコアよりも低い屈折率を有し、上記第１のコアの周囲を覆う第１のクラッドとを含む出力光ファイバと、上記出力光ファイバの上記第１のコアと光学的に結合される第２のコアと、上記第２のコアよりも低い屈折率を有し、上記第２のコアの周囲を覆う第２のクラッドとを含むデリバリファイバと、上記増幅用光ファイバ及び上記出力光ファイバを内部に収容する第１の収容ユニットとを備える。上記デリバリファイバの上記第２のクラッドの外径は、上記出力光ファイバの上記第１のクラッドの外径よりも大きい。上記デリバリファイバは、上記第１の収容ユニットの内部から上記第１の収容ユニットの外部に延びる。
　本発明の一態様によれば、デリバリファイバの第２のクラッドの外径が出力光ファイバの第１のクラッドの外径よりも大きくなっているため、デリバリファイバが第１の収容ユニットの外部で曲げられた状態で配置されても、デリバリファイバの第２のコアを伝搬するレーザ光のビーム品質の悪化が抑えられ、ビーム品質が安定する。
　上記ファイバレーザ装置は、クラッドモード光を除去するクラッドモード除去部を内部に収容する第２の収容ユニットをさらに備えていてもよい。この第２の収容ユニットは、上記第１の収容ユニットとは別体である。上記デリバリファイバは、上記第１の収容ユニットの内部から上記第１の収容ユニットの外部に延び、上記第２の収容ユニットの上記クラッドモード除去部に接続されていてもよい。このような構成では、第１の収容ユニットと第２の収容ユニットとの間でデリバリファイバが曲げられることが多くなるが、上述したように、デリバリファイバが第１の収容ユニットと第２の収容ユニットとの間で曲げられた状態で配置されても、デリバリファイバの第２のコアを伝搬するレーザ光のビーム品質の悪化が抑えられ、ビーム品質が安定する。
　この場合において、上記第１の収容ユニットと上記第２の収容ユニットとを隣接して配置してもよい。光ファイバの長さを短くすることで誘導ラマン散乱を低減できることが知られているが、このように第１の収容ユニットと第２の収容ユニットとを隣接して配置することで、出力光ファイバからクラッドモード除去部までの光ファイバの長さを短くすることができるため、誘導ラマン散乱を低減することができる。
　また、上記第２の収容ユニットは、上記第１の収容ユニットの上方又は下方に隣接して配置されていてもよい。このように第１の収容ユニットと第２の収容ユニットとを上下方向に隣接して配置すれば、例えばこれらの収容ユニットを筐体内に引出可能に配置することなどにより、これらの収容ユニットのメンテナンスを行いやすくすることができる。
　上記少なくとも１つの励起光源は、上記増幅用光ファイバの下流側に設けられる複数の後方励起光源を含んでいてもよい。上記ファイバレーザ装置は、上記複数の後方励起光源で生成される上記励起光を伝搬する複数の後方励起光ファイバと、上記複数の後方励起光源により生成された上記励起光を結合して上記増幅用光ファイバに導入する後方光コンバイナとをさらに備えていてもよい。上記後方光コンバイナは、上記複数の後方励起光ファイバと上記出力光ファイバとが光学的に結合される端面を有する。このような構成によれば、後方光コンバイナには出力光ファイバに加えて複数の後方励起光ファイバも接続されるため、出力光ファイバの第１のクラッドの外径は後方光コンバイナの上流側の光ファイバに比べて小さくなる。したがって、上述のように、出力光ファイバを外径の大きな第２のクラッドを有するデリバリファイバに接続することで、デリバリファイバの第２のコアを伝搬するレーザ光のビーム品質の悪化を効果的に抑えることができる。
　上記ファイバレーザ装置は、上記少なくとも１つの励起光源を内部に収容する第３の収容ユニットをさらに備えていてもよい。この第３の収容ユニットは、上記第１の収容ユニットとは別体である。第１の収容ユニットと上記第３の収容ユニットとを隣接して配置してもよい。また、第３の収容ユニットは上記第２の収容ユニットと別体であってもよい。このような構成によれば、第１の収容ユニットと第３の収容ユニットの冷却系統を別個にすることができるので、第１の収容ユニットに収容される増幅用光ファイバ及び出力光ファイバと、第３の収容ユニットに収容される励起光源とを互いに独立して冷却することができる。したがって、これらの構成要素の温度変化による光学特性の変化を低減することができ、ファイバレーザ装置の効率も向上する。
　本発明の一態様によれば、デリバリファイバの第２のクラッドの外径が出力光ファイバの第１のクラッドの外径よりも大きくなっているため、デリバリファイバが第１の収容ユニットの外部で曲げられた状態で配置されても、デリバリファイバの第２のコアを伝搬するレーザ光のビーム品質の悪化が抑えられる。
　本出願は、２０２０年３月１０日に提出された日本国特許出願特願２０２０－０４１３０３号に基づくものであり、当該出願の優先権を主張するものである。当該出願の開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
　本発明は、励起光を用いて高出力のレーザ光を生成するファイバレーザ装置に好適に用いられる。
　　１　　　ファイバレーザ装置
　１１　　　（第２の）収容ユニット
　１２　　　（第１の）収容ユニット
　１３　　　（第３の）収容ユニット
　１４　　　（第３の）収容ユニット
　２０　　　増幅用光ファイバ
　２１　　　高反射部
　２２　　　低反射部
　３０　　　前方励起光源
　３１　　　前方光コンバイナ
　３３　　　前方励起光ファイバ
　４０　　　後方励起光源
　４１　　　後方光コンバイナ
　４３　　　後方励起光ファイバ
　５０　　　ビーム出力端
　６０　　　出力光ファイバ
　７０　　　デリバリファイバ
　８０　　　クラッドモードストリッパ（クラッドモード除去部）
２０１，３１１，３３１，４１１，４３１　　　コア
２０２，４１２　　　内側クラッド
２０３，４１３　　　外側クラッド
３１２，３３２，４３２　　　クラッド
６０１　　　（第１の）コア
６０２　　　（第１の）クラッド
７０１　　　（第２の）コア
７０２　　　（第２の）クラッド

Claims (7)

  1. 　レーザ光を増幅可能な増幅用光ファイバと、
    　前記増幅用光ファイバに供給する励起光を生成可能な少なくとも１つの励起光源と、
    　前記増幅用光ファイバにより増幅されたレーザ光を伝搬する第１のコアと、前記第１のコアよりも低い屈折率を有し、前記第１のコアの周囲を覆う第１のクラッドとを含む出力光ファイバと、
    　前記出力光ファイバの前記第１のコアと光学的に結合される第２のコアと、前記第２のコアよりも低い屈折率を有し、前記第２のコアの周囲を覆う第２のクラッドとを含むデリバリファイバと、
    　前記増幅用光ファイバ及び前記出力光ファイバを内部に収容する第１の収容ユニットと
    を備え、
    　前記デリバリファイバの前記第２のクラッドの外径は、前記出力光ファイバの前記第１のクラッドの外径よりも大きく、
    　前記デリバリファイバは、前記第１の収容ユニットの内部から前記第１の収容ユニットの外部に延びる、
    ファイバレーザ装置。
  2. 　クラッドモード光を除去するクラッドモード除去部を内部に収容する第２の収容ユニットであって、前記第１の収容ユニットとは別体の第２の収容ユニットをさらに備え、
    　前記デリバリファイバは、前記第１の収容ユニットの内部から前記第１の収容ユニットの外部に延び、前記第２の収容ユニットの前記クラッドモード除去部に接続される、
    請求項１に記載のファイバレーザ装置。
  3. 　前記第１の収容ユニットと前記第２の収容ユニットとは隣接して配置されている、請求項２に記載のファイバレーザ装置。
  4. 　前記第２の収容ユニットは、前記第１の収容ユニットの上方又は下方に隣接して配置されている、請求項３に記載のファイバレーザ装置。
  5. 　前記少なくとも１つの励起光源は、前記増幅用光ファイバの下流側に設けられる複数の後方励起光源を含み、
    　前記ファイバレーザ装置は、
    　　前記複数の後方励起光源で生成される前記励起光を伝搬する複数の後方励起光ファイバと、
    　　前記複数の後方励起光源により生成された前記励起光を結合して前記増幅用光ファイバに導入する後方光コンバイナであって、前記複数の後方励起光ファイバと前記出力光ファイバとが光学的に結合される端面を有する後方光コンバイナと
    をさらに備える、
    請求項１から４のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
  6. 　前記少なくとも１つの励起光源を内部に収容する第３の収容ユニットであって、前記第１の収容ユニットとは別体の第３の収容ユニットをさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
  7. 　前記第１の収容ユニットと前記第３の収容ユニットとは隣接して配置されている、請求項６に記載のファイバレーザ装置。
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