WO2022064832A1 - ファイバレーザ装置 - Google Patents

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WO2022064832A1
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excitation light
fiber
amplification
amplification fiber
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康生 中西
倫太郎 北原
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株式会社フジクラ
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Definitions

  • the present invention relates to a fiber laser device.
  • the present application claims priority with respect to Japanese Patent Application No. 2020-159746 filed in Japan on September 24, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • a fiber laser device includes an amplification fiber for amplifying a laser beam, a pair of FBGs (Fiber Bragg Gratings) provided at both ends of the amplification fiber, and a laser beam transmitted through one of the FBGs. It includes an output end that outputs (signal light) to the outside, and an excitation light source that supplies excitation light to the amplification fiber.
  • FBGs Fiber Bragg Gratings
  • Such a fiber laser device Focusing on the method of supplying excitation light, such a fiber laser device is roughly classified into a forward excitation type fiber laser device, a rear excitation type fiber laser device, and a bidirectional excitation type fiber laser device.
  • the forward-excited fiber laser device supplies excitation light to the amplification fiber from the side opposite to the output end.
  • the rear excitation type fiber laser apparatus supplies excitation light to the amplification fiber from the output end side.
  • the bidirectional excitation type fiber laser apparatus supplies excitation light to the amplification fiber from both the side opposite to the output end and the side of the output end.
  • Patent Document 1 discloses a conventional bidirectional excitation type fiber laser apparatus.
  • TMI Transverse Mode Instability: Thermal Modal Instability
  • the TMI phenomenon is that when the power of the excitation light applied to the amplification fiber is increased, the core of the amplification fiber is affected by the difference in propagation constants between the basic mode and the higher-order mode of the laser beam due to the influence of heat. This is a phenomenon in which the refractive index fluctuates periodically. When this phenomenon occurs, there is a problem that the beam quality of the laser beam deteriorates because the coupling between the modes from the basic mode to the higher-order mode occurs.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fiber laser apparatus capable of suppressing deterioration of beam quality due to the TMI phenomenon.
  • the fiber laser apparatus has a first excitation light source that outputs the first excitation light of the first wavelength and a second excitation of a second wavelength different from the first wavelength.
  • a second excitation light source that outputs light, an amplification fiber having a core to which an active element excited by the first excitation light and the second excitation light is added, and an amplification fiber provided on the first end side of the amplification fiber.
  • the HR-FBG, the OC-FBG provided on the second end side of the amplification fiber and having a smaller reflectance than the HR-FBG, and the first excitation light are amplified from the first end side.
  • the first coupler to be coupled to the fiber, the second coupler to couple the second excitation light to the amplification fiber from the second end side, and the OC-FBG amplified by the amplification fiber. It is provided with an output end that outputs laser light through the wavelength.
  • the absorption rate of the active element at the first wavelength is lower than the absorption rate of the active element at the second wavelength.
  • the first wavelength and the second wavelength are shorter than the wavelength of the laser beam, and the first wavelength is longer than the second wavelength.
  • the absorption rate of the active element at the first wavelength which is the wavelength of the excitation light coupled to the amplification fiber from the first end side of the amplification fiber
  • the second of the amplification fiber It is lower than the absorption rate of the active element at the second wavelength, which is the wavelength of the excitation light coupled to the amplification fiber from the end side.
  • the first wavelength and the second wavelength are shorter than the wavelength of the laser light, and the first wavelength is longer than the second wavelength.
  • the first wavelength longer than the second wavelength (close to the wavelength of the laser beam)
  • the temperature rise on the first end side of the amplification fiber is suppressed, and the coupling between the modes from the basic mode to the higher-order mode can be prevented, so that the deterioration of the beam quality due to the TMI phenomenon can be suppressed. ..
  • the second wavelength may coincide with the wavelength having the highest absorption rate of the active element.
  • the wavelength having the highest absorption rate of the active element may be a wavelength between the first wavelength and the second wavelength.
  • the first wavelength and the second wavelength may be wavelengths on the longer wavelength side than the wavelength having the highest absorption rate of the active element.
  • the difference between the first wavelength and the second wavelength may be 1 nm or more and 5 nm or less.
  • the power of the excitation light coupled to the amplification fiber from the first end side and the power of the excitation light coupled to the amplification fiber from the second end side are combined.
  • the calorific value at the first end of the amplification fiber may be smaller than the calorific value at the second end of the amplification fiber.
  • the power of the excitation light coupled to the amplification fiber from the first end side is higher than the power of the excitation light coupled to the amplification fiber from the second end side. It may be small.
  • FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a fiber laser device according to the first embodiment of the present invention.
  • the fiber laser apparatus 1 of the present embodiment includes an excitation light source 11 (first excitation light source), an excitation light source 12 (second excitation light source), a combiner 13 (first coupler), and a combiner 14 (second excitation light source). It includes a coupler), an amplification fiber 15, and an output end 16.
  • Such a fiber laser device 1 is a so-called bidirectional excitation type fiber laser device.
  • the excitation light source 11 side may be referred to as "front” and the output end 16 side may be referred to as "rear” when viewed from the amplification fiber 15.
  • fusion splicing portions of various fibers are indicated by x marks.
  • This fusion splicing portion is actually arranged and protected inside a reinforcing portion (not shown).
  • the reinforcing portion fixes, for example, a fiber accommodating body having a groove capable of accommodating an optical fiber and various fibers to the fiber accommodating body in a state where the fusion splicing portion is accommodated in the groove of the fiber accommodating body. It is configured with a resin.
  • the excitation light source 11 outputs excitation light (first excitation light) having a wavelength ⁇ 1 (first wavelength).
  • the wavelength ⁇ 1 is the peak wavelength of the excitation light output from the excitation light source 11.
  • the excitation light source 11 is provided for forward-exciting the amplification fiber 15. Although four excitation light sources 11 are shown in FIG. 1, the number of excitation light sources 11 is arbitrary depending on the power of the laser light (signal light) output from the output end 16 of the fiber laser apparatus 1. be able to.
  • the excitation light source 11 for example, a laser diode can be used. Details of the wavelength ⁇ 1 and the power of the excitation light output from the excitation light source 11 will be described later.
  • the excitation light source 12 outputs excitation light (second excitation light) having a wavelength ⁇ 2 (second wavelength).
  • the wavelength ⁇ 2 is the peak wavelength of the excitation light output from the excitation light source 12.
  • the excitation light source 12 is provided to excite the amplification fiber 15 backward. Although four excitation light sources 12 are shown in FIG. 1, the number of excitation light sources 12 can be any number depending on the power of the laser beam output from the output end 16 of the fiber laser apparatus 1.
  • the excitation light source 12 for example, a laser diode can be used in the same manner as the excitation light source 11. Details of the wavelength ⁇ 2 and the power of the excitation light output from the excitation light source 12 will be described later.
  • the combiner 13 couples the excitation light output by each of the excitation light sources 11 to the front end portion of the amplification fiber 15 (the first end of the amplification fiber 15). Specifically, the combiner 13 is optically coupled to a plurality of optical fibers 13a connected to each of the excitation light sources 11 and the plurality of optical fibers 13a, and the rear end thereof is the front of the amplification fiber 15. It is provided with one optical fiber 13b to be fused and connected to the end portion of the fiber.
  • the fusion splicing portion between the optical fiber on which the HR-FBG 13c described later is formed and the amplification fiber 15 will be referred to as a “fusing connection portion F1”.
  • the fusion splicing portion between the optical fiber 13b and the amplification fiber 15 is referred to as a “fusing connection portion F1”.
  • An HR-FBG (High Reflectivity-Fiber Bragg Grating) 13c is formed in the core of the optical fiber 13b.
  • the HR-FBG 13c is adjusted so as to reflect light having a wavelength ⁇ 0 of signal light with a reflectance of almost 100% among the light emitted by the active element of the excited fiber 15 for amplification.
  • the HR-FBG13c has a structure in which a portion having a high refractive index is repeated at a constant cycle along the longitudinal direction thereof.
  • the combiner 14 couples the excitation light output by each of the excitation light sources 12 to the rear end of the amplification fiber 15 (the second end of the amplification fiber 15), and a part of the signal light is connected to the output end 16.
  • the combiner 14 is optically coupled to a plurality of optical fibers 14a connected to each of the excitation light sources 12 and the plurality of optical fibers 14a, and the front end thereof is the rear side of the amplification fiber 15. It is provided with one optical fiber 14b to be fused and connected to the end of the fiber.
  • the combiner 14 includes a delivery fiber 14d that is optically coupled to the optical fiber 14b.
  • fusion-bonded connection portion F2 the fusion-bonded connection portion between the optical fiber on which the OC-FBG 14c, which will be described later, is formed and the amplification fiber 15, will be referred to as “fusion-bonded connection portion F2”.
  • fusion-bonded connection portion F2 the fusion splicing portion between the optical fiber 14b and the amplification fiber 15 is referred to as a “fusing connection portion F2”.
  • OC-FBG Output Coupler-Fiber Bragg Grating
  • OC-FBG14c has almost the same structure as HR-FBG13c, but is adjusted to reflect light with a lower reflectance than HR-FBG13c.
  • the OC-FBG14c is adjusted so that the reflectance of the signal light with respect to the light having the wavelength ⁇ 0 is about 10 to 20%.
  • the delivery fiber 14d transmits a part of the signal light amplified in the amplification fiber 15.
  • the delivery fiber 14d includes a core, a clad surrounding the core, and a coating covering the clad.
  • a single mode fiber can be used as the delivery fiber 14d.
  • the delivery fiber 14d may be, for example, a multimode fiber or a fumode fiber.
  • the amplification fiber 15 has a core to which one or more kinds of active elements are added, a first clad covering the core, a second clad covering the first clad, and a protective coating covering the second clad. .. That is, the amplification fiber 15 is a double clad fiber.
  • the active element added to the core for example, a rare earth element such as erbium (Er), ytterbium (Yb), or neodymium (Nd) is used.
  • the active element added to the core of the amplification fiber 15 is excited by the excitation light output from the excitation light sources 11 and 12.
  • Silica glass or the like can be used as the core and the first clad.
  • a resin such as a polymer can be used.
  • a resin material such as an acrylic resin or a silicone resin can be used.
  • the amplification fiber 15 is a so-called fumode fiber or multimode fiber, and can propagate a plurality of modes. The number of modes propagated by the fumode fiber is, for example, 2 or more and 25 or less.
  • the front end of the amplification fiber 15 is fusion-bonded to the rear end of the optical fiber 13b, and the rear end of the amplification fiber 15 is connected to the front end of the optical fiber 14b. ..
  • the HR-FBG13c formed on the optical fiber 13b, the OC-FBG14c formed on the optical fiber 14b, and the amplification fiber 15 constitute the resonator R.
  • the resonator R resonates the light emitted from the active element excited by the excitation light output by the excitation light sources 11 and 12, and generates a signal light which is a laser beam.
  • the signal light reflected by the HR-FBG13c and OC-FBG14c reciprocates in the longitudinal direction of the amplification fiber 15.
  • the signal light is amplified along with this round trip to become laser light.
  • the resonator R the light is amplified and a signal light (laser light) is generated.
  • the output end 16 is connected to the rear end of the delivery fiber 14d, and outputs the laser beam transmitted by the delivery fiber 14d to the outside.
  • the output end 16 includes a columnar body (light transmitting columnar member) that transmits the laser beam transmitted by the delivery fiber 14d. This member is a so-called end cap.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of an absorption spectrum of an active element added to an amplification fiber in the first embodiment of the present invention.
  • the absorption spectrum exemplified in FIG. 2 is the absorption spectrum of ytterbium (Yb).
  • Yb ytterbium
  • large absorption peaks appear near the wavelength of 975 nm and the wavelength of 915 nm.
  • the absorption peak appearing near the wavelength of 975 nm has the highest absorption rate, and the absorption peak appearing near the wavelength of 915 nm has a smaller absorption rate than the absorption peak appearing near the wavelength of 975 nm.
  • the resonance wavelength of the resonator R is set to, for example, about 1060 to 1080 nm. That is, in the present embodiment, the wavelength ⁇ 0 of the signal light (laser light) output to the outside from the output end 16 of the fiber laser device 1 is set to about 1060 to 1080 nm. As shown in FIG. 2, the wavelength ⁇ 0 of the signal light is, for example, 1070 nm, which is a wavelength that is hardly absorbed by ytterbium (Yb), which is an active element added to the amplification fiber 15.
  • Yb ytterbium
  • the wavelength ⁇ 1 of the excitation light output from the excitation light source 11 and the wavelength ⁇ 2 of the excitation light output from the excitation light source 12 are set so as to satisfy the following equations (1) and (2). There is.
  • the wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 are set so that the absorption rate ⁇ ( ⁇ 1) of the active element at the wavelength ⁇ 1 is lower than the absorption rate ⁇ ( ⁇ 2) of the active element at the wavelength ⁇ 2.
  • the wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 are set shorter than the wavelength ⁇ 0 of the signal light, and the wavelength ⁇ 1 is set longer than the wavelength ⁇ 2. The reason for setting in this way is to suppress deterioration of beam quality due to the TMI phenomenon.
  • the absorption rate of the excitation light per unit length near the fusion splicer F1 of the amplification fiber 15 is measured by the unit length near the fusion splicer F2 of the amplification fiber 15. It can be lower than the absorption rate of the excitation light at the moment.
  • the temperature rise near the fusion splicer F1 of the amplification fiber 15 is suppressed, and the coupling between the modes from the basic mode to the higher-order mode can be prevented, so that the deterioration of the beam quality due to the TMI phenomenon is suppressed. be able to.
  • the wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 are set shorter than the wavelength ⁇ 0 of the signal light because the excitation light (wavelength) having a higher energy than the signal light is obtained in order to obtain the signal light having the wavelength ⁇ 0. This is because the excitation light of ⁇ 1 and ⁇ 2) is required. Further, in the above equation (2), the wavelength ⁇ 1 is set longer than the wavelength ⁇ 2 by bringing the wavelength ⁇ 1 closer to the wavelength ⁇ 0 of the signal light, so that the wavelength ⁇ 1 is near the fusion splicer F1 of the amplification fiber 15. This is to suppress the temperature rise due to quantum deficiency.
  • the calorific value Q [W / m] per unit length in the amplification fiber 15 is expressed by the following equation (3).
  • P p ( ⁇ p ) is the power spectrum [W] of the excitation light
  • a ( ⁇ p ) is the spectrum of the absorption amount of the excitation light per unit length of the amplification fiber 15. It is [dB / m].
  • ⁇ p is the wavelength [nm] of the excitation light
  • ⁇ s is the wavelength [nm] of the signal light.
  • the coefficient 0.230 on the right side is 0.1 ⁇ ln (10), which is a conversion coefficient from [dB] to linear.
  • the calorific value Q per unit length in the amplification fiber 15 is proportional to the power of the excitation light and the absorption amount (absorption rate) per unit length.
  • the portion (1- ⁇ p / ⁇ s ) on the right side of the above equation (3) is a term caused by a quantum defect. Since there is a relationship of ⁇ p ⁇ s , the longer the wavelength of ⁇ p , the smaller the amount of heat generated due to quantum deficiency.
  • the wavelength ⁇ 1 is set longer than the wavelength ⁇ 2, and the wavelength ⁇ 1 is brought closer to the wavelength ⁇ 0 of the signal light, so that the temperature rise due to the quantum defect near the fusion splicer F1 of the amplification fiber 15 is increased. I try to suppress it.
  • the wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 of the excitation light satisfy any of the following relationships (A) to (C) while satisfying the relationships of the above equations (1) and (2).
  • the wavelength ⁇ 2 coincides with the wavelength ⁇ P having the highest absorption rate of the active element.
  • the wavelength ⁇ P having the highest absorption rate of the active element is between the wavelength ⁇ 1 and the wavelength ⁇ 2.
  • the wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 are on the longer wavelength side than the wavelength ⁇ P having the highest absorption rate of the active element.
  • the wavelength ⁇ 2 of the excitation light output from the excitation light source 12 coincides with the wavelength ⁇ P having the highest absorption rate of the active element. Therefore, it is possible to efficiently absorb the excitation light output from the excitation light source 12 while suppressing the temperature rise in the vicinity of the fusion splicer F1 of the amplification fiber 15.
  • the wavelength ⁇ P having the highest absorption rate of the active element is around 975 nm.
  • the wavelength ⁇ 2 of the excitation light output from the excitation light source 12 is set to around 975 nm.
  • the above-mentioned "matching" means that the difference between the wavelength ⁇ 2 and the wavelength ⁇ P is within ⁇ 1 nm.
  • the light is output from the excitation light sources 11 and 12 while suppressing the temperature rise in the vicinity of the fusion splicer F2 in addition to the vicinity of the fusion splicer F1 of the amplification fiber 15. Can efficiently absorb the excitation light.
  • the wavelength ⁇ 1 of the excitation light output from the excitation light source 11 is set to around 978 nm, and the excitation light output from the excitation light source 12 is set.
  • the wavelength ⁇ 2 of is set to around 973 nm. Please note that the specific wavelengths listed here are just examples.
  • the absorption rate of the excitation light output from the excitation light sources 11 and 12 can be lowered as compared with the case where the above relationship (A) is satisfied. Further, the wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 of the excitation light output from the excitation light sources 11 and 12 can be made closer to the wavelength ⁇ 0 of the signal light. Therefore, it is possible to suppress the temperature rise in the vicinity of the fusion spliced portions F1 and F2 of the amplification fiber 15 as compared with the case where the above relationship (A) is satisfied. In the example shown in FIG.
  • the wavelength ⁇ 1 of the excitation light output from the excitation light source 11 is set to around 985 nm, and the excitation light output from the excitation light source 12 is set.
  • the wavelength ⁇ 2 of is set to around 980 nm. Please note that the specific wavelengths listed here are just examples.
  • the difference between the wavelength ⁇ 1 of the excitation light output from the excitation light source 11 and the wavelength ⁇ 2 of the excitation light output from the excitation light source 12 is 1 nm or more and 5 nm or less.
  • the length of the amplification fiber 15 is set to a length at which the excitation light having a wavelength ⁇ 1 having a low absorption rate is sufficiently absorbed (for example, 95% is absorbed).
  • the difference between the wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 is 1 nm or more and 5 nm or less, the absorption rate of the excitation light of the wavelength ⁇ 1 is not extremely lower than the absorption rate of the excitation light of the wavelength ⁇ 2, so that the absorption rate is low.
  • the excitation light having the wavelength ⁇ 1 is supplied to the amplification fiber 15 from the front end side of the amplification fiber 15 (the optical fiber having the active element added to the core), and the wavelength ⁇ 2 is set.
  • the excitation light is supplied to the amplification fiber 15 from the rear end side of the amplification fiber 15.
  • the absorption rate of the active element at the wavelength ⁇ 1 is lower than the absorption rate of the active element at the wavelength ⁇ 2
  • the wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 are set shorter than the wavelength ⁇ 0 of the signal light
  • the wavelength ⁇ 1 is set longer than the wavelength ⁇ 2. ing.
  • the absorption rate of the excitation light per unit length near the fusion splicer F1 of the amplification fiber 15 is calculated from the absorption rate of the excitation light per unit length near the fusion splicer F2 of the amplification fiber 15. Can also be lowered. As a result, the temperature rise near the fusion splicer F1 of the amplification fiber 15 is suppressed, and the coupling between the modes from the basic mode to the higher-order mode can be prevented, so that the deterioration of the beam quality due to the TMI phenomenon is suppressed. be able to.
  • the fiber laser apparatus of this embodiment has a different method of supplying excitation light to the amplification fiber 15.
  • the fiber laser apparatus 1 according to the first embodiment described above supplies the excitation light output from the excitation light sources 11 and 12 to the amplification fiber 15 by the combiners 13 and 14, respectively.
  • the fiber laser apparatus of the present embodiment is different in that the excitation light is supplied by the side pump.
  • the side pump is a partially contacted or partially fused connection between the clad of the supply fiber to which the excitation light is supplied and the clad of the supplied fiber to which the excitation light is to be supplied. In this method, the excitation light supplied to the supply fiber is supplied to the supplied fiber via the contact portion.
  • the combiners 13 and 14 shown in FIG. 1 are omitted.
  • the excitation light (excitation light having a wavelength ⁇ 1) output from the excitation light source 11 is supplied by the side pump (first coupler), for example, between the HR-FBG13c and the fusion splicer F1.
  • the excitation light (excitation light having a wavelength ⁇ 2) output from the excitation light source 12 is supplied by a side pump (second coupler), for example, between the OC-FBG14c and the fusion splicer F2.
  • the excitation light of the wavelength ⁇ 1 output from the excitation light source 11 is the amplification fiber 15 from the first end side (fusion connection portion F1 side) of the amplification fiber 15. Is supplied to. Further, the excitation light having a wavelength ⁇ 2 output from the excitation light source 12 is supplied to the amplification fiber 15 from the second end side (fusion connection portion F2 side) of the amplification fiber 15.
  • the wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 of the excitation light satisfy any of the above-mentioned relationships (A) to (C) while satisfying the above-mentioned relationships of the above equations (1) and (2). Be made to meet. Therefore, also in this embodiment, the temperature rise in the vicinity of the fusion splicer F1 of the amplification fiber 15 is suppressed, and the coupling between the modes from the basic mode to the higher-order mode can be prevented, so that the beam due to the TMI phenomenon can be prevented. Deterioration of quality can be suppressed.
  • the fiber laser apparatus of this embodiment is different from the optical fiber in which the HR-FBG13c and the OC-FBG14c are formed.
  • the HR-FBG13c is formed in the core of the optical fiber 13b provided in the combiner 13
  • the OC-FBG14c is formed in the core of the optical fiber 14b provided in the combiner 14.
  • the HR-FBG 13c is formed in the core of the optical fiber 13d different from the optical fiber 13b provided in the combiner 13, and is different from the optical fiber 14b provided in the combiner 14.
  • OC-FBG14c is formed in the core of the optical fiber 14e of the above.
  • the fusion splicing portion between the optical fiber 13d and the amplification fiber 15 is referred to as "fused connection portion F1"
  • the fusion splicing portion between the optical fiber 14e and the amplification fiber 15 is referred to as “fusion connection portion”. It is called "F2”.
  • the front end of the optical fiber 13d on which the HR-FBG 13c is formed is connected to the optical fiber 13b of the combiner 13, and the rear end is connected to the front end of the amplification fiber 15.
  • the front end is connected to the rear end of the amplification fiber 15, and the rear end is connected to the optical fiber 14b of the combiner 14.
  • a fusion splicing portion F3 is formed between the optical fiber 13b and the HR-FBG 13c, and the fusion splicing portion F3 is fused between the optical fiber 14b and the OC-FBG 14c.
  • the connection portion F4 is formed.
  • the wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 of the excitation light satisfy any of the above-mentioned relationships (1) and (2) while satisfying any of the above-mentioned relationships (A) to (C). Be made to meet. Therefore, also in this embodiment, the temperature rise in the vicinity of the fusion splicer F1 of the amplification fiber 15 is suppressed, and the coupling between the modes from the basic mode to the higher-order mode can be prevented, so that the beam due to the TMI phenomenon can be prevented. Deterioration of quality can be suppressed.
  • the present invention is not limited to the above embodiments and can be freely changed within the scope of the present invention.
  • the excitation light that excites the amplification fiber 15 forward (the excitation light coupled to the amplification fiber 15 from the first end side) and the excitation light that excites the rearward (excitation coupled to the amplification fiber 15 from the second end side).
  • Light may include wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2.
  • some of the four excitation light sources 11 for example, one
  • some of the four excitation light sources 12 for example, one
  • the amplification fiber 15 is excited forward by the excitation light including the wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2
  • the amplification fiber 15 is excited backward by the excitation light including the wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2.
  • the calorific value in the vicinity of the fusion splicer F1 of the amplification fiber 15 becomes smaller than the calorific value in the vicinity of the fusion splicer F2.
  • the temperature rise near the fusion splicer F1 of the amplification fiber 15 is suppressed, and the coupling between the modes from the basic mode to the higher-order mode can be prevented, so that the deterioration of the beam quality due to the TMI phenomenon is suppressed. be able to.
  • the fiber laser devices 1 and 1A of the above-described embodiment have a configuration having one output end 16, an optical fiber or the like may be further connected to the tip of the output end 16. Further, a beam combiner may be connected to the tip of the output end 16 so as to bundle laser light from a plurality of laser devices.
  • 1,1A ... Fiber laser device, 11 ... Excitation light source, 12 ... Excitation light source, 13 ... Combiner, 13c ... HR-FBG, 14 ... Combiner, 14c ... OC-FBG, 15 ... Amplification fiber, 16 ... Output end

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Abstract

ファイバレーザ装置は、第１波長の第１励起光を出力する励起光源と、第２波長の第２励起光を出力する励起光源と、第１励起光及び第２励起光により励起される活性元素が添加されたコアを有する増幅用ファイバと、増幅用ファイバの第一端側に設けられたＨＲ－ＦＢＧと、増幅用ファイバの第二端側に設けられたＯＣ－ＦＢＧと、第１励起光及び第２励起光を増幅用ファイバにそれぞれ結合させるコンバイナと、増幅用ファイバで増幅されてＯＣ－ＦＢＧを介したレーザ光を出力する出力端と、を備える。活性元素の第１波長における吸収率は、活性元素の第２波長における吸収率より低い。第１波長及び第２波長は、レーザ光の波長よりも短く、第１波長は第２波長より長い。

Description

ファイバレーザ装置
　本発明は、ファイバレーザ装置に関する。
　本願は、２０２０年９月２４日に日本に出願された特願２０２０－１５９７４６号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年、加工分野、自動車分野、医療分野等の様々な分野において、ファイバレーザ装置が注目されている。ファイバレーザ装置は、概して、レーザ光を増幅するための増幅用ファイバと、増幅用ファイバの両端に設けられた一対のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating：ファイバブラッググレーティング）と、一方のＦＢＧを透過したレーザ光（信号光）を外部に出力する出力端と、増幅用ファイバに励起光を供給する励起光源とを備える。
　このようなファイバレーザ装置は、励起光の供給方法に着目すると、前方励起型のファイバレーザ装置、後方励起型のファイバレーザ装置、双方向励起型のファイバレーザ装置に大別される。前方励起型のファイバレーザ装置は、増幅用ファイバに対して出力端とは反対側から励起光を供給する。後方励起型のファイバレーザ装置は、増幅用ファイバに対して出力端の側から励起光を供給する。双方向励起型のファイバレーザ装置は、増幅用ファイバに対して出力端とは反対側及び出力端の側の双方から励起光を供給する。以下の特許文献１には、従来の双方向励起型のファイバレーザ装置が開示されている。
日本国特開２０１８－４１７９２号公報
　ところで、複数のモードを有する増幅用ファイバを用いたファイバレーザ装置では、ＴＭＩ（Transverse Mode Instability：Thermal Modal Instability ともいう）現象が発生し得る。ＴＭＩ現象とは、増幅用ファイバに投入する励起光のパワーを増大させていくと、熱の影響で増幅用ファイバのコアにレーザ光の基本モードと高次モードとの伝搬定数の差に応じた周期的な屈折率変動が生じる現象である。この現象が生じると、基本モードから高次モードへのモード間の結合が生じるため、レーザ光のビーム品質が低下するという問題がある。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ＴＭＩ現象によるビーム品質の低下を抑制す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。
　上記課題を解決するために、本発明の一態様によるファイバレーザ装置は、第１波長の第１励起光を出力する第１励起光源と、前記第１波長とは異なる第２波長の第２励起光を出力する第２励起光源と、前記第１励起光及び前記第２励起光により励起される活性元素が添加されたコアを有する増幅用ファイバと、前記増幅用ファイバの第一端側に設けられたＨＲ－ＦＢＧと、前記増幅用ファイバの第二端側に設けられ、前記ＨＲ－ＦＢＧよりも反射率が小さいＯＣ－ＦＢＧと、前記第１励起光を、前記第一端側から前記増幅用ファイバに結合させる第１結合器と、前記第２励起光を、前記第二端側から前記増幅用ファイバに結合させる第２結合器と、前記増幅用ファイバで増幅されて前記ＯＣ－ＦＢＧを介したレーザ光を出力する出力端と、を備える。前記活性元素の前記第１波長における吸収率が、前記活性元素の前記第２波長における吸収率より低い。前記第１波長及び前記第２波長が、前記レーザ光の波長よりも短く、前記第１波長が、前記第２波長より長い。
　本発明の一態様によるファイバレーザ装置では、増幅用ファイバの第一端側から増幅用ファイバに結合される励起光の波長である第１波長における活性元素の吸収率が、増幅用ファイバの第二端側から増幅用ファイバに結合される励起光の波長である第２波長における活性元素の吸収率より低くされている。また、第１波長及び第２波長が、レーザ光の波長よりも短く、第１波長が、第２波長より長くされている。これにより、増幅用ファイバの第一端側における単位長さ当たりの励起光の吸収率を、増幅用ファイバの第二端側における単位長さ当たりの励起光の吸収率よりも下げることができる。更に、第１波長を第２波長より長く（レーザ光の波長に近く）することで、量子欠損による増幅用ファイバの第一端側の温度上昇を抑制し得る。その結果、増幅用ファイバの第一端側における温度上昇が抑制され、基本モードから高次モードへのモード間の結合を防ぐことができるため、ＴＭＩ現象によるビーム品質の低下を抑制することができる。
　本発明の一態様によるファイバレーザ装置は、前記第２波長が、前記活性元素の吸収率が最も高い波長と一致していてもよい。
　本発明の一態様によるファイバレーザ装置は、前記活性元素の吸収率が最も高い波長が、前記第１波長と前記第２波長との間の波長であってもよい。
　本発明の一態様によるファイバレーザ装置は、前記第１波長及び前記第２波長が、前記活性元素の吸収率が最も高い波長よりも長波長側の波長であってもよい。
　また、本発明の一態様によるファイバレーザ装置は、前記第１波長と前記第２波長との差が、１ｎｍ以上５ｎｍ以下であってもよい。
　本発明の一態様によるファイバレーザ装置は、前記第一端側から前記増幅用ファイバに結合される励起光のパワーと前記第二端側から前記増幅用ファイバに結合される励起光のパワーとが同じ場合に、前記増幅用ファイバの前記第一端における発熱量は、前記増幅用ファイバの前記第二端における発熱量より小さくてもよい。
　本発明の一態様によるファイバレーザ装置は、前記第一端側から前記増幅用ファイバに結合される励起光のパワーは、前記第二端側から前記増幅用ファイバに結合される励起光のパワーより小さくてもよい。
　本発明によれば、ＴＭＩ現象によるビーム品質の低下を抑制することができるという効果がある。
本発明の第１実施形態によるファイバレーザ装置の要部構成を示す図である。 本発明の第１実施形態において、増幅用ファイバに添加された活性元素の吸収スペクトルの一例を示す図である。 本発明の第３実施形態によるファイバレーザ装置の要部構成を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態によるファイバレーザ装置について詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴を分かりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、本発明は以下の実施形態に限定されない。
〔第１実施形態〕
　図１は、本発明の第１実施形態によるファイバレーザ装置の要部構成を示す図である。図１に示す通り、本実施形態のファイバレーザ装置１は、励起光源１１（第１励起光源）、励起光源１２（第２励起光源）、コンバイナ１３（第１結合器）、コンバイナ１４（第２結合器）、増幅用ファイバ１５、及び出力端１６を備える。このようなファイバレーザ装置１は、いわゆる双方向励起型のファイバレーザ装置である。
　本明細書では、増幅用ファイバ１５から見て、励起光源１１側を「前方」といい、出力端１６側を「後方」という場合がある。また、図１では、各種ファイバの融着接続部を×印で示している。この融着接続部は、実際には、補強部（図示省略）の内部に配置されて保護される。ここで、補強部は、例えば、光ファイバを収容可能な溝が形成されたファイバ収容体と、融着接続部がファイバ収容体の溝に収容された状態で各種ファイバをファイバ収容体に固定する樹脂とを備えて構成されている。
　励起光源１１は、波長λ１（第１波長）の励起光（第１励起光）を出力する。波長λ１は、励起光源１１から出力される励起光のピーク波長である。励起光源１１は、増幅用ファイバ１５を前方励起するために設けられる。図１では４つの励起光源１１を図示しているが、励起光源１１の数は、ファイバレーザ装置１の出力端１６から出力されるレーザ光（信号光）のパワーに応じて任意の数とすることができる。励起光源１１としては、例えば、レーザダイオードを用いることができる。励起光源１１から出力される励起光の波長λ１及びパワーの詳細については後述する。
　励起光源１２は、波長λ２（第２波長）の励起光（第２励起光）を出力する。波長λ２は、励起光源１２から出力される励起光のピーク波長である。励起光源１２は、増幅用ファイバ１５を後方励起するために設けられる。図１では４つの励起光源１２を図示しているが、励起光源１２の数は、ファイバレーザ装置１の出力端１６から出力されるレーザ光のパワーに応じて任意の数とすることができる。励起光源１２としては、励起光源１１と同様に、例えば、レーザダイオードを用いることができる。励起光源１２から出力される励起光の波長λ２及びパワーの詳細については後述する。
　コンバイナ１３は、励起光源１１の各々が出力した励起光を、増幅用ファイバ１５の前方の端部（増幅用ファイバ１５の第一端）に結合させる。具体的に、コンバイナ１３は、励起光源１１の各々に接続される複数の光ファイバ１３ａと、これら複数の光ファイバ１３ａと光学的に結合していて、後方の端部が増幅用ファイバ１５の前方の端部に融着接続される１本の光ファイバ１３ｂとを備える。以下では、後述するＨＲ－ＦＢＧ１３ｃが形成された光ファイバと、増幅用ファイバ１５との融着接続部を「融着接続部Ｆ１」と称する。本実施形態では、光ファイバ１３ｂと増幅用ファイバ１５との融着接続部を「融着接続部Ｆ１」と称する。
　光ファイバ１３ｂのコア内には、ＨＲ－ＦＢＧ（High Reflectivity-Fiber Bragg Grating）１３ｃが形成されている。ＨＲ－ＦＢＧ１３ｃは、励起状態にされた増幅用ファイバ１５の活性元素が放出する光のうち、信号光の波長λ０の光をほぼ１００％の反射率で反射するように調整されている。ＨＲ－ＦＢＧ１３ｃは、その長手方向に沿って一定の周期で高屈折率の部分が繰り返される構造である。
　コンバイナ１４は、励起光源１２の各々が出力した励起光を、増幅用ファイバ１５の後方の端部（増幅用ファイバ１５の第二端）に結合させるとともに、信号光の一部を出力端１６に導く。具体的に、コンバイナ１４は、励起光源１２の各々に接続される複数の光ファイバ１４ａと、これら複数の光ファイバ１４ａと光学的に結合していて、前方の端部が増幅用ファイバ１５の後方の端部に融着接続される１本の光ファイバ１４ｂとを備える。また、コンバイナ１４は、光ファイバ１４ｂと光学的に結合しているデリバリファイバ１４ｄを備える。以下では、後述するＯＣ－ＦＢＧ１４ｃが形成された光ファイバと増幅用ファイバ１５との融着接続部を「融着接続部Ｆ２」と称する。本実施形態では、光ファイバ１４ｂと増幅用ファイバ１５との融着接続部を「融着接続部Ｆ２」と称する。
　光ファイバ１４ｂのコア内には、ＯＣ－ＦＢＧ（Output Coupler-Fiber Bragg Grating）１４ｃが形成されている。ＯＣ－ＦＢＧ１４ｃは、ＨＲ－ＦＢＧ１３ｃとほぼ同様の構造を有しているが、ＨＲ－ＦＢＧ１３ｃよりも低い反射率で、光を反射するように調整されている。例えば、ＯＣ－ＦＢＧ１４ｃは、信号光の波長λ０の光に対する反射率が１０～２０％程度となるように調整されている。
　デリバリファイバ１４ｄは、増幅用ファイバ１５内で増幅された信号光の一部を伝送する。デリバリファイバ１４ｄは、コアと、コアを囲うクラッドと、クラッドを覆う被覆とを備える。デリバリファイバ１４ｄとしては、例えば、シングルモードファイバを用いることができる。デリバリファイバ１４ｄは、例えば、マルチモードファイバであっても、フューモードファイバであってもよい。
　増幅用ファイバ１５は、１種類又は２種類以上の活性元素が添加されたコアと、コアを覆う第１クラッドと、第１クラッドを覆う第２クラッドと、第２クラッドを覆う保護被覆とを有する。つまり、増幅用ファイバ１５は、ダブルクラッドファイバである。コアに添加される活性元素としては、例えばエルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、或いはネオジム（Ｎｄ）等の希土類元素が使用される。増幅用ファイバ１５のコアに添加された活性元素は、励起光源１１，１２から出力される励起光によって励起される。
　コア及び第１クラッドとしてはシリカガラス等を用いることができる。第２クラッドとしては、ポリマー等の樹脂を用いることができる。保護被覆としては、アクリル樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂材料を用いることができる。増幅用ファイバ１５は、いわゆるフューモードファイバ又はマルチモードファイバであり、複数のモードを伝播可能である。フューモードファイバが伝播するモードの数は、例えば、２以上２５以下である。
　増幅用ファイバ１５の前方の端部は、光ファイバ１３ｂの後方の端部に融着接続されており、増幅用ファイバ１５の後方の端部は光ファイバ１４ｂの前方の端部に接続されている。ここで、光ファイバ１３ｂに形成されたＨＲ－ＦＢＧ１３ｃ、光ファイバ１４ｂに形成されたＯＣ－ＦＢＧ１４ｃ、及び増幅用ファイバ１５は、共振器Ｒを構成している。共振器Ｒは、励起光源１１，１２が出力する励起光によって励起された活性元素から放出される光を共振させてレーザ光である信号光を生成する。
　増幅用ファイバ１５内では、ＨＲ－ＦＢＧ１３ｃ及びＯＣ－ＦＢＧ１４ｃで反射した信号光が、増幅用ファイバ１５の長手方向で往復する。信号光は、この往復に伴って増幅されてレーザ光となる。このように、共振器Ｒ内では、光が増幅されて信号光（レーザ光）が生成される。
　出力端１６は、デリバリファイバ１４ｄの後方の端部に接続されており、デリバリファイバ１４ｄによって伝送されてきたレーザ光を外部に出力する。出力端１６は、デリバリファイバ１４ｄによって伝送されてきたレーザ光を透過する柱状体（光透過柱状部材）を備える。この部材は、いわゆるエンドキャップと呼ばれる。
　図２は、本発明の第１実施形態において、増幅用ファイバに添加された活性元素の吸収スペクトルの一例を示す図である。図２に例示する吸収スペクトルは、イッテルビウム（Ｙｂ）の吸収スペクトルである。図２に示す通り、イッテルビウム（Ｙｂ）の吸収スペクトルでは、波長９７５ｎｍ付近及び波長９１５ｎｍ付近で大きな吸収ピークが現れる。波長９７５ｎｍ付近で現れる吸収ピークは吸収率が最も大きく、波長９１５ｎｍ付近で現れる吸収ピークは、波長９７５ｎｍ付近で現れる吸収ピークよりも吸収率が小さい。
　本実施形態のファイバレーザ装置１では、共振器Ｒの共振波長が、例えば、１０６０～１０８０ｎｍ程度に設定されている。つまり、本実施形態において、ファイバレーザ装置１の出力端１６から外部に出力される信号光（レーザ光）の波長λ０は、１０６０～１０８０ｎｍ程度に設定されている。図２に示す通り、信号光の波長λ０は、例えば、１０７０ｎｍであり、増幅用ファイバ１５に添加された活性元素であるイッテルビウム（Ｙｂ）に殆ど吸収されない波長である。
　本実施形態において、励起光源１１から出力される励起光の波長λ１及び励起光源１２から出力される励起光の波長λ２は、以下の（１），（２）式が満たされるように設定されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　つまり、上記（１）式に示す通り、波長λ１，λ２は、波長λ１における活性元素の吸収率α（λ１）が、波長λ２における活性元素の吸収率α（λ２）よりも低くなるように設定されている。また、上記（２）式に示す通り、波長λ１，λ２は、信号光の波長λ０よりも短く設定されており、且つ、波長λ１は、波長λ２よりも長く設定されている。このように設定するのは、ＴＭＩ現象によるビーム品質の低下を抑制するためである。
　上記（１）式が満たされる場合には、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ１付近の単位長さ当たりの励起光の吸収率を、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ２付近の単位長さ当たりの励起光の吸収率よりも下げることができる。これにより、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ１付近の温度上昇が抑制され、基本モードから高次モードへのモード間の結合を防ぐことができるため、ＴＭＩ現象によるビーム品質の低下を抑制することができる。
　上記（２）式において、波長λ１，λ２が、信号光の波長λ０よりも短く設定されているのは、波長λ０の信号光を得るには、信号光よりも高いエネルギーを有する励起光（波長λ１，λ２の励起光）が必要になるためである。また、上記（２）式において、波長λ１が、波長λ２よりも長く設定されているのは、波長λ１を信号光の波長λ０に近づけることで、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ１付近の量子欠損による温度上昇を抑制するためである。
　ここで、増幅用ファイバ１５における単位長さ当たりの発熱量Ｑ［Ｗ／ｍ］は、以下の（３）式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　上記（３）式中におけるＰp（λp）は、励起光のパワースペクトル［Ｗ］であり、Ａ（λp）は、増幅用ファイバ１５の単位長さ当たりの励起光の吸収量のスペクトル［ｄＢ／ｍ］である。また、λpは、励起光の波長［ｎｍ］であり、λsは、信号光の波長［ｎｍ］である。右辺の係数０．２３０は、０．１×ｌｎ（１０）であり、［ｄＢ］からリニアへの変換係数である。
　上記（３）式を参照すると、増幅用ファイバ１５における単位長さ当たりの発熱量Ｑは、励起光のパワーと単位長さ当たりの吸収量（吸収率）とに比例することが分かる。ここで、上記（３）式の右辺の（１－λp／λs）の部分が量子欠損に起因する項である。λp＜λsなる関係があるため、λpが長波長になるほど、量子欠損に起因する発熱量を低減することができる。従って、本実施形態では、波長λ１を、波長λ２よりも長く設定し、波長λ１を信号光の波長λ０に近づけることで、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ１付近の量子欠損による温度上昇を抑制するようにしている。
　ここで、励起光の波長λ１，λ２は、上述した（１），（２）式の関係を満たしつつ、以下の（Ａ）～（Ｃ）の何れかの関係を満たすことが望ましい。
　（Ａ）波長λ２が、活性元素の吸収率が最も高い波長λＰと一致する。
　（Ｂ）活性元素の吸収率が最も高い波長λＰが、波長λ１と波長λ２との間にある。
　（Ｃ）波長λ１，λ２は、活性元素の吸収率が最も高い波長λＰよりも長波長側にある。
　上記（Ａ）の関係が満たされる場合には、励起光源１２から出力される励起光の波長λ２が、活性元素の吸収率が最も高い波長λＰと一致する。このため、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ１付近の温度上昇を抑制しつつ、励起光源１２から出力される励起光を効率的に吸収することができる。図２に示す例において、活性元素の吸収率が最も高い波長λＰは９７５ｎｍ付近である。上記（Ａ）の関係が満たされる場合には、励起光源１２から出力される励起光の波長λ２は９７５ｎｍ付近に設定される。上記の「一致する」とは、波長λ２と波長λＰとの差が±１ｎｍ以内であることを意味する。
　上記（Ｂ）の関係が満たされる場合には、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ１付近に加えて、融着接続部Ｆ２付近の温度上昇を抑制しつつ、励起光源１１，１２から出力される励起光を効率的に吸収することができる。図２に示す例において、上記（Ｂ）の関係が満たされる場合には、例えば、励起光源１１から出力される励起光の波長λ１が９７８ｎｍ付近に設定され、励起光源１２から出力される励起光の波長λ２が９７３ｎｍ付近に設定される。ここで挙げる具体的な波長は、あくまでも一例である点に注意されたい。
　上記（Ｃ）の関係が満たされる場合には、上記（Ａ）の関係が満たされる場合に比べて、励起光源１１，１２から出力される励起光の吸収率を低下させることができる。また、励起光源１１，１２から出力される励起光の波長λ１，λ２を、より信号光の波長λ０に近づけることができる。このため、上記（Ａ）の関係が満たされる場合よりも、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ１，Ｆ２付近の温度上昇を抑制することができる。図２に示す例において、上記（Ｃ）の関係が満たされる場合には、例えば、励起光源１１から出力される励起光の波長λ１が９８５ｎｍ付近に設定され、励起光源１２から出力される励起光の波長λ２が９８０ｎｍ付近に設定される。ここで挙げる具体的な波長は、あくまでも一例である点に注意されたい。
　ここで、励起光源１１から出力される励起光の波長λ１と、励起光源１２から出力される励起光の波長λ２との差は、１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが望ましい。増幅用ファイバ１５の長さは、吸収率の低い波長λ１の励起光が十分吸収（例えば、９５％吸収）される長さに設定される。波長λ１，λ２の差が、１ｎｍ以上５ｎｍ以下であれば、波長λ１の励起光の吸収率が、波長λ２の励起光の吸収率に比べて極端に低くなることはないため、吸収率の低い波長λ１の励起光を十分吸収させるために、増幅用ファイバ１５の長さを極端に長くするといった事態を避けることができる。これにより、誘導ラマン散乱の発生も抑制することができる。
　以上の通り、本実施形態では、波長λ１の励起光を増幅用ファイバ１５（コアに活性元素が添加された光ファイバ）の前方の端部側から増幅用ファイバ１５に供給するとともに、波長λ２の励起光を増幅用ファイバ１５の後方の端部側から増幅用ファイバ１５に供給している。ここで、波長λ１における活性元素の吸収率は、波長λ２における活性元素の吸収率より低く、波長λ１，λ２は、信号光の波長λ０よりも短く、波長λ１は、波長λ２よりも長く設定されている。
　これにより、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ１付近の単位長さ当たりの励起光の吸収率を、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ２付近の単位長さ当たりの励起光の吸収率よりも下げることができる。その結果、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ１付近の温度上昇が抑制され、基本モードから高次モードへのモード間の結合を防ぐことができるため、ＴＭＩ現象によるビーム品質の低下を抑制することができる。
〔第２実施形態〕
　次に、本発明の第２実施形態によるファイバレーザ装置について説明する。本実施形態のファイバレーザ装置は、増幅用ファイバ１５に対する励起光の供給方法が異なる。上述した第１実施形態によるファイバレーザ装置１は、励起光源１１，１２から出力される励起光をそれぞれ、コンバイナ１３，１４によって増幅用ファイバ１５に供給している。これに対し、本実施形態のファイバレーザ装置は、サイドポンプにより励起光を供給する点が異なる。ここで、サイドポンプとは、励起光が供給される供給用ファイバのクラッドと、励起光を供給すべき被供給用ファイバのクラッドとの側面を部分的に接触させ、或いは部分的に融着接続し、供給用ファイバに供給される励起光を、接触部を介して被供給用ファイバに供給する方式である。
　具体的に、本実施形態のファイバレーザ装置は、図１に示すコンバイナ１３，１４が省略されている。そして、励起光源１１から出力される励起光（波長λ１の励起光）が、サイドポンプ（第１結合器）により、例えば、ＨＲ－ＦＢＧ１３ｃと融着接続部Ｆ１との間に供給される。また、励起光源１２から出力される励起光（波長λ２の励起光）が、サイドポンプ（第２結合器）により、例えば、ＯＣ－ＦＢＧ１４ｃと融着接続部Ｆ２との間に供給される。
　本実施形態においても、第１実施形態と同様に、励起光源１１から出力される波長λ１の励起光は、増幅用ファイバ１５の第一端側（融着接続部Ｆ１側）から増幅用ファイバ１５に供給される。また、励起光源１２から出力される波長λ２の励起光は、増幅用ファイバ１５の第二端側（融着接続部Ｆ２側）から増幅用ファイバ１５に供給される。
　本実施形態のファイバレーザ装置においても、励起光の波長λ１，λ２は、前述した（１），（２）式の関係を満たしつつ、前述した（Ａ）～（Ｃ）の何れかの関係を満たすようにされる。このため、本実施形態においても、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ１付近の温度上昇が抑制され、基本モードから高次モードへのモード間の結合を防ぐことができるため、ＴＭＩ現象によるビーム品質の低下を抑制することができる。
〔第３実施形態〕
　次に、本発明の第３実施形態によるファイバレーザ装置について説明する。本実施形態のファイバレーザ装置は、ＨＲ－ＦＢＧ１３ｃ及びＯＣ－ＦＢＧ１４ｃが形成されている光ファイバが異なる。前述した第１実施形態では、コンバイナ１３に設けられた光ファイバ１３ｂのコアにＨＲ－ＦＢＧ１３ｃが形成されており、コンバイナ１４に設けられた光ファイバ１４ｂのコアにＯＣ－ＦＢＧ１４ｃが形成されていた。
　本実施形態のファイバレーザ装置１Ａは、コンバイナ１３に設けられた光ファイバ１３ｂとは別の光ファイバ１３ｄのコアにＨＲ－ＦＢＧ１３ｃが形成されており、コンバイナ１４に設けられた光ファイバ１４ｂとは別の光ファイバ１４ｅのコアにＯＣ－ＦＢＧ１４ｃが形成されている。
　本実施形態では、光ファイバ１３ｄと増幅用ファイバ１５との融着接続部を「融着接続部Ｆ１」と称し、光ファイバ１４ｅと増幅用ファイバ１５との融着接続部を「融着接続部Ｆ２」と称する。
　ＨＲ－ＦＢＧ１３ｃが形成された光ファイバ１３ｄは、前方の端部がコンバイナ１３の光ファイバ１３ｂに接続され、後方の端部が増幅用ファイバ１５の前方の端部に接続される。ＯＣ－ＦＢＧ１４ｃが形成された光ファイバ１４ｅは、前方の端部が増幅用ファイバ１５の後方の端部に接続され、後方の端部がコンバイナ１４の光ファイバ１４ｂに接続される。本実施形態のファイバレーザ装置１Ａでは、図３に示すように、光ファイバ１３ｂとＨＲ－ＦＢＧ１３ｃとの間に融着接続部Ｆ３が形成され、光ファイバ１４ｂとＯＣ－ＦＢＧ１４ｃとの間に融着接続部Ｆ４が形成されている。
　本実施形態のファイバレーザ装置１Ａにおいても、励起光の波長λ１，λ２は、前述した（１），（２）式の関係を満たしつつ、前述した（Ａ）～（Ｃ）の何れかの関係を満たすようにされる。このため、本実施形態においても、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ１付近の温度上昇が抑制され、基本モードから高次モードへのモード間の結合を防ぐことができるため、ＴＭＩ現象によるビーム品質の低下を抑制することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、波長λ１の励起光で増幅用ファイバ１５を前方励起し、波長λ２の励起光で増幅用ファイバ１５を後方励起する例について説明した。しかしながら、増幅用ファイバ１５を前方励起する励起光（第一端側から増幅用ファイバ１５に結合される励起光）及び後方励起する励起光（第二端側から増幅用ファイバ１５に結合される励起光）は、波長λ１，λ２が含まれてもよい。
　例えば、図１に示すファイバレーザ装置１，１Ａにおいて、４つの励起光源１１のうちの幾つか（例えば、１つ）と、４つの励起光源１２のうちの幾つか（例えば、１つ）とが入れ替えられた構成であってもよい。この構成のファイバレーザ装置では、波長λ１，λ２が含まれる励起光によって増幅用ファイバ１５が前方励起されるとともに、波長λ１，λ２が含まれる励起光によって増幅用ファイバ１５が後方励起される。
　このような構成のファイバレーザ装置では、前述したＴＭＩ現象によるビーム品質の低下を抑制するために、以下の（ａ）又は（ｂ）の関係を満たすことが望ましい。
　（ａ）増幅用ファイバ１５を前方励起する励起光と増幅用ファイバ１５を後方励起する励起光とのパワーが同じ場合に、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ１付近における発熱量が、融着接続部Ｆ２付近における発熱量より小さい。
　（ｂ）増幅用ファイバ１５を前方励起する励起光のパワーが、増幅用ファイバ１５を後方励起する励起光のパワーより小さい。
　上記（ａ）又は（ｂ）の関係が満たされる場合には、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ１付近における発熱量が、融着接続部Ｆ２付近における発熱量より小さくなる。これにより、増幅用ファイバ１５の融着接続部Ｆ１付近の温度上昇が抑制され、基本モードから高次モードへのモード間の結合を防ぐことができるため、ＴＭＩ現象によるビーム品質の低下を抑制することができる。
　また、上述した実施形態のファイバレーザ装置１，１Ａは、１つの出力端１６を有する構成であったが、出力端１６の先にさらに光ファイバ等を接続してもよい。また、出力端１６の先にビームコンバイナを接続し、複数のレーザ装置からのレーザ光を束ねるように構成されていてもよい。
　１，１Ａ…ファイバレーザ装置、１１…励起光源、１２…励起光源、１３…コンバイナ、１３ｃ…ＨＲ－ＦＢＧ、１４…コンバイナ、１４ｃ…ＯＣ－ＦＢＧ、１５…増幅用ファイバ、１６…出力端

Claims (7)

  1. 　第１波長の第１励起光を出力する第１励起光源と、
    　前記第１波長とは異なる第２波長の第２励起光を出力する第２励起光源と、
    　前記第１励起光及び前記第２励起光により励起される活性元素が添加されたコアを有する増幅用ファイバと、
    　前記増幅用ファイバの第一端側に設けられたＨＲ－ＦＢＧと、
    　前記増幅用ファイバの第二端側に設けられ、前記ＨＲ－ＦＢＧよりも反射率が小さいＯＣ－ＦＢＧと、
    　前記第１励起光を、前記第一端側から前記増幅用ファイバに結合させる第１結合器と、
    　前記第２励起光を、前記第二端側から前記増幅用ファイバに結合させる第２結合器と、
    　前記増幅用ファイバで増幅されて前記ＯＣ－ＦＢＧを介したレーザ光を出力する出力端と、
    　を備え、
    　前記活性元素の前記第１波長における吸収率は、前記活性元素の前記第２波長における吸収率より低く、
    　前記第１波長及び前記第２波長は、前記レーザ光の波長よりも短く、
    　前記第１波長は、前記第２波長より長い、
    　ファイバレーザ装置。
  2. 　前記第２波長は、前記活性元素の吸収率が最も高い波長と一致する、請求項１記載のファイバレーザ装置。
  3. 　前記活性元素の吸収率が最も高い波長は、前記第１波長と前記第２波長との間の波長である、請求項１記載のファイバレーザ装置。
  4. 　前記第１波長及び前記第２波長は、前記活性元素の吸収率が最も高い波長よりも長波長側の波長である、請求項１記載のファイバレーザ装置。
  5. 　前記第１波長と前記第２波長との差は、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である、請求項１から請求項４の何れか一項に記載のファイバレーザ装置。
  6. 　前記第一端側から前記増幅用ファイバに結合される励起光のパワーと前記第二端側から前記増幅用ファイバに結合される励起光のパワーとが同じ場合に、前記増幅用ファイバの前記第一端における発熱量は、前記増幅用ファイバの前記第二端における発熱量より小さい、請求項１から請求項５の何れか一項に記載のファイバレーザ装置。
  7. 　前記第一端側から前記増幅用ファイバに結合される励起光のパワーは、前記第二端側から前記増幅用ファイバに結合される励起光のパワーより小さい、請求項１から請求項５の何れか一項に記載のファイバレーザ装置。
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