(57)【要約】【課題】光ファイバのクラッド層を伝搬する光を抑制することができる光フィルタ素子を提供する。【解決手段】光フィルタ素子３０は、信号光Ｌが伝搬可能なコア３１と、コア３１の周囲に配置される内側クラッド層３２と、内側クラッド層３２の周囲に配置される外側クラッド層３３とを含む。内側クラッド層３２には、残留励起光Ｐが伝搬する。内側クラッド層３２は、残留励起光Ｐの少なくとも一部を反射するように長手方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部３４を有する。クラッドグレーティング部３４は、残留励起光を反射するように所定の格子間隔ｄで配置された屈折率変化部３８を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光が伝搬可能な第１の光導波路としてのコアと、
前記コアの周囲に配置される複数のクラッド層と
を備え、
前記複数のクラッド層は、前記第１の光とは異なる第２の光が伝搬可能な第２の光導波路を有する光導波クラッド層を含み、
前記光導波クラッド層は、前記第２の光の少なくとも一部を反射又は散乱可能な光処理部を有する、
光フィルタ素子。
【請求項２】
前記光導波クラッド層の前記光処理部は、前記第２の光の少なくとも一部を反射するように長手方向に沿って屈折率が周期的に変化する少なくとも１つの屈折率変化部を有するクラッドグレーティング部である、請求項１に記載の光フィルタ素子。
【請求項３】
前記光導波クラッド層にはゲルマニウムが添加されている、請求項２に記載の光フィルタ素子。
【請求項４】
前記光導波クラッド層にはさらにホウ素が添加されている、請求項３に記載の光フィルタ素子。
【請求項５】
前記クラッドグレーティング部は、前記第２の光の複数の伝搬モードを同一の波長で反射するように構成される、請求項２から４のいずれか一項に記載の光フィルタ素子。
【請求項６】
前記クラッドグレーティング部において反射可能な前記第２の光の波長帯域幅は１ｎｍ以上である、請求項５に記載の光フィルタ素子。
【請求項７】
前記クラッドグレーティング部の前記少なくとも１つの屈折率変化部は、
前記第２の光の第１の伝搬モードを特定の波長で反射するように第１の格子間隔で配置された第１の屈折率変化部と、
前記第２の光の前記第１の伝搬モードよりも高次の第２の伝搬モードを前記特定の波長で反射するように第２の格子間隔で配置された第２の屈折率変化部と
を含む、請求項２から６のいずれか一項に記載の光フィルタ素子。
【請求項８】
前記第１の格子間隔をｄ0とし、前記第２の格子間隔をｄ1とし、前記特定の波長をλPとし、前記第１の屈折率変化部で反射する光の伝搬モードの実効屈折率をｎeff_Aとし、前記第２の屈折率変化部で反射する光の伝搬モードの実効屈折率をｎeff_Bとすると、
λP＝２×ｎeff_A×ｄ0＝２×ｎeff_B×ｄ1
を満たす、請求項７に記載の光フィルタ素子。
【請求項９】
前記クラッドグレーティング部の前記少なくとも１つの屈折率変化部は、前記第２の光の前記第２の伝搬モードよりも高次の第３の伝搬モードを前記特定の波長で反射するように第３の格子間隔で配置された第３の屈折率変化部をさらに含む、請求項７又は８に記載の光フィルタ素子。
【請求項１０】
前記第２の屈折率変化部及び前記第３の屈折率変化部のうち少なくとも一方の個数は、前記第１の屈折率変化部の個数よりも多い、請求項９に記載の光フィルタ素子。
【請求項１１】
前記第１の格子間隔は前記第２の格子間隔よりも狭く、
前記第２の格子間隔は前記第３の格子間隔よりも狭い、
請求項９又は１０に記載の光フィルタ素子。
【請求項１２】
前記第１の屈折率変化部と前記第２の屈折率変化部と前記第３の屈折率変化部とは前記長手方向に沿って順番に並んでいる、請求項９から１１のいずれか一項に記載の光フィルタ素子。
【請求項１３】
前記クラッドグレーティング部の少なくとも１つの屈折率変化部は、前記長手方向に対して垂直に延在する屈折率変化部を含み、
前記長手方向は、前記第１の光の伝搬方向と同一である、
請求項２から１２のいずれか一項に記載の光フィルタ素子。
【請求項１４】
前記クラッドグレーティング部の前記少なくとも１つの屈折率変化部は、前記長手方向に対して傾斜して延在する、請求項２から１２のいずれか一項に記載の光フィルタ素子。
【請求項１５】
前記コアは、前記第２の光の少なくとも一部を反射するように前記長手方向に沿って屈折率が周期的に変化する少なくとも１つの屈折率変化部を有するコアグレーティング部を有する、請求項２から１４のいずれか一項に記載の光フィルタ素子。
【請求項１６】
前記長手方向において、前記クラッドグレーティング部の前記第２の光の少なくとも一部を反射する領域の上流側の端部は、前記コアグレーティング部の前記第２の光の少なくとも一部を反射する領域の上流側の端部よりも上流側に位置している、請求項１５に記載の光フィルタ素子。
【請求項１７】
前記長手方向において、前記クラッドグレーティング部の前記第２の光の少なくとも一部を反射する領域の下流側の端部は、前記コアグレーティング部の前記第２の光の少なくとも一部を反射する領域の上流側の端部よりも上流側に位置している、請求項１６に記載の光フィルタ素子。
【請求項１８】
レーザ光を生成可能な少なくとも１つのレーザ光源と、
請求項１から１７のいずれか一項に記載の光フィルタ素子であって、前記少なくとも１つのレーザ光源の下流側に接続される光フィルタ素子と
を備え、
前記少なくとも１つのレーザ光源は、
希土類元素イオンが添加されたコアと、前記コアの周囲に配置されるクラッドとを有する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの前記クラッドに励起光を導入可能な励起光源と
を含む、
ファイバレーザ装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのレーザ光源は、複数のレーザ光源を含み、
前記ファイバレーザ装置は、前記複数のレーザ光源からのレーザ光を結合して出力可能な出力光コンバイナをさらに備え、
前記光フィルタ素子は、前記出力光コンバイナと前記複数のレーザ光源のうち少なくとも１つとの間に配置される、
請求項１８に記載のファイバレーザ装置。
【請求項２０】
前記第１の光は、前記少なくとも１つのレーザ光源において増幅された信号光であり、
前記第２の光は、前記少なくとも１つのレーザ光源の前記増幅用光ファイバの前記コアに吸収されなかった前記励起光である、
請求項１８又は１９に記載のファイバレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光フィルタ素子及びファイバレーザ装置に係り、特に光ファイバを伝搬する特定の光を抑制する光フィルタ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ファイバレーザ装置においては、例えば、コアの周囲に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が用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。この種のダブルクラッドファイバでは、コアの周囲を覆う内側クラッドに励起光が入射され、この内側クラッドを導波路として励起光が伝搬する。光増幅部では、内側クラッドを伝搬する励起光がコアを通過する際に、コアに添加された希土類元素イオンが励起光によって励起され、信号光が増幅される。
【０００３】
ここで、内側クラッドを伝搬する励起光のうち光増幅部のコアで吸収されなかった励起光や被照射物から反射して戻ってきた光は、光の進行方向における下流側に伝搬していくことになる。しかしながら、近年のレーザ装置の高出力化に伴い、このような内側クラッドを伝搬する励起光のパワーも大きくなりつつあり、励起光が光コンバイナや励起光源に至ると、光コンバイナや励起光源の信頼性が低下する原因となることが考えられる。また、励起光が残留励起光として信号光とともにレーザ装置から出射され、ビーム品質の劣化を引き起こすことも考えられる。このような観点から、内側クラッドを伝搬する励起光を抑制することができる技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／００１７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、光ファイバのクラッド層を伝搬する光を抑制することができる光フィルタ素子を提供することを第１の目的とする。
【０００６】
また、本発明は、励起光が伝搬することによって生じる問題を軽減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第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、光ファイバのクラッド層を伝搬する光を抑制することができる光フィルタ素子が提供される。この光フィルタ素子は、第１の光が伝搬可能な第１の光導波路としてのコアと、上記コアの周囲に配置される複数のクラッド層とを備える。上記複数のクラッド層は、上記第１の光とは異なる第２の光が伝搬可能な第２の光導波路を有する光導波クラッド層を含む。上記光導波クラッド層は、上記第２の光の少なくとも一部を反射又は散乱可能な光処理部を有する。
【０００８】
このような構成により、光導波クラッド層を伝搬する第２の光は、光導波クラッド層の光処理部により反射又は散乱されるので、第２の光がその進行方向における光処理部の下流側に伝搬することが抑制される。
【０００９】
上記光導波クラッド層の上記光処理部は、上記第２の光の少なくとも一部を反射するように長手方向に沿って屈折率が周期的に変化する少なくとも１つの屈折率変化部を有するクラッドグレーティング部であってもよい。上記光導波クラッド層にはゲルマニウムが添加されていてもよく、さらにホウ素が添加されていてもよい。
【００１０】
このような構成によれば、光導波クラッド層を伝搬する第２の光は、光導波クラッド層のクラッドグレーティング部により反射されるので、第２の光がその進行方向における当該クラッドグレーティング部の下流側に伝搬することが抑制される。
【００１１】
上記第２の光の複数の伝搬モードを同一の波長で反射するように上記クラッドグレーティング部を構成することが好ましい。上記クラッドグレーティング部において反射可能な上記第２の光の波長帯域幅は１ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１２】
上記クラッドグレーティング部の上記少なくとも１つの屈折率変化部は、上記第２の光の第１の伝搬モードを特定の波長で反射するように第１の格子間隔で配置された第１の屈折率変化部と、上記第２の光の上記第１の伝搬モードよりも高次の第２の伝搬モードを上記特定の波長で反射するように第２の格子間隔で配置された第２の屈折率変化部とを含んでいてもよい。このような構成により、第２の光の第１の伝搬モードと第２の伝搬モードとを含む２つ以上の伝搬モードをクラッドグレーティング部により反射させることができる。
【００１３】
上記第１の格子間隔をｄ0とし、上記第２の格子間隔をｄ1とし、上記特定の波長をλPとし、上記第１の屈折率変化部で反射する光の伝搬モードの実効屈折率をｎeff_Aとし、上記第２の屈折率変化部で反射する光の伝搬モードの実効屈折率をｎeff_Bとすると、λP＝２×ｎeff_A×ｄ0＝２×ｎeff_B×ｄ1が満たされることが好ましい。この場合には、第２の光の第１の伝搬モードと第２の伝搬モードとを同一の波長で反射させることができる。
【００１４】
上記クラッドグレーティング部の上記少なくとも１つの屈折率変化部は、上記第２の光の上記第２の伝搬モードよりも高次の第３の伝搬モードを上記特定の波長で反射するように第３の格子間隔で配置された第３の屈折率変化部をさらに含んでいてもよい。この場合において、上記第１の屈折率変化部と上記第２の屈折率変化部と上記第３の屈折率変化部とは上記長手方向に沿って順番に並んでいることが好ましい。このような構成により、より高次の伝搬モードを反射する第３の屈折率変化部を光の進行方向における下流側に配置することができるので、当該下流側で増える傾向のある第２の光の高次の伝搬モードをより効率的に反射させることが可能となる。
【００１５】
上記第２の屈折率変化部及び上記第３の屈折率変化部のうち少なくとも一方の個数は、上記第１の屈折率変化部の個数よりも多くてもよい。伝搬モード数が２〜１０程度のフューモードの光の場合には、高次の伝搬モードの成分ほど反射強度が弱くなる傾向にあるため、第２の光がフューモード光の場合には、第１の伝搬モードよりも高次の第２の伝搬モード及び第３の伝搬モードを反射させる第２の屈折率変化部及び第３の屈折率変化部の少なくとも一方の個数を増やすことで、高次の伝搬モードの反射効率を高めることができる。
【００１６】
上記第１の格子間隔は上記第２の格子間隔よりも狭く、上記第２の格子間隔は上記第３の格子間隔よりも狭いことが好ましい。この場合において、上記第１の屈折率変化部と上記第２の屈折率変化部と上記第３の屈折率変化部とは上記長手方向に沿って順番に並んでいることが好ましい。このような構成によれば、クラッドグレーティング部において第２の光の高次伝搬モードをより効率的に反射させることができる。
【００１７】
上記クラッドグレーティング部の上記少なくとも１つの屈折率変化部は、上記長手方向に対して垂直に延在していてもよい。例えば、クラッドグレーティング部の上流側に増幅用光ファイバがある場合には、第２の光をクラッドグレーティング部で反射して上流側に戻すことができるため、上流側で第２の光を再利用することが可能となる。また、例えば、クラッドグレーティング部の下流側にレーザ出射部がある場合には、第２の光をクラッドグレーティング部で反射して上流側に戻すことができるため、下流側のレーザ出射部に第２の光が伝搬することを抑制することができ、この結果、レーザ出射部から出射されるレーザ光のビーム品質の劣化を抑制することができる。
【００１８】
この場合において、上記長手方向は、上記第１の光の伝搬方向と同一であることが好ましい。これにより、レーザ出射部に向かって第１の光の伝搬方向に沿って格子間隔が広がる構成にできるので、クラッドグレーティング部において残留励起光の高次伝搬モードをより効率的に反射させることが可能となる。
【００１９】
上記クラッドグレーティング部の上記少なくとも１つの屈折率変化部は、上記長手方向に対して傾斜して延在していてもよい。例えば、このようなクラッドグレーティング部を公知の励起光除去構造の上流側または下流側に配置することにより、励起光除去構造で除去しきれなかった残留励起光や戻り光をクラッドグレーティング部で反射させて、励起光除去構造に導くことができる。
【００２０】
上記コアは、上記第２の光の少なくとも一部を反射するように上記長手方向に沿って屈折率が周期的に変化する少なくとも１つの屈折率変化部を有するコアグレーティング部を有していてもよい。このようなコアグレーティング部を設けることにより、内側クラッドを伝搬する第２の光だけではなく、コアを伝搬する第２の光も反射させることができる。
【００２１】
上記第２の光が残留励起光である場合には、上記長手方向において、上記クラッドグレーティング部の上記第２の光の少なくとも一部を反射する領域の上流側の端部は、上記コアグレーティング部の上記第２の光の少なくとも一部を反射する領域の上流側の端部よりも上流側に位置していることが好ましく、さらに、上記クラッドグレーティング部の上記第２の光の少なくとも一部を反射する領域の下流側の端部は、上記コアグレーティング部の上記第２の光の少なくとも一部を反射する領域の上流側の端部よりも上流側に位置していることが好ましい。このような構成によれば、クラッドグレーティング部で反射されなかった残留励起光の一部がコアに閉じ込められ、そのコアに閉じ込められた励起光をクラッドグレーティング部の反射領域よりも下流側にあるコアグレーティング部の反射領域で反射することが可能になるため、励起光をより効果的に上流側に反射させることができる。
【００２２】
本発明の第２の態様によれば、励起光が光の進行方向における下流側に伝搬することによって生じる問題を軽減す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、レーザ光を生成する少なくとも１つのレーザ光源と、上述した光フィルタ素子とを備える。上記光フィルタ素子は、上記少なくとも１つのレーザ光源の下流側に接続される。上記少なくとも１つのレーザ光源は、希土類元素イオンが添加されたコアと、上記コアの周囲に配置されるクラッドとを有する増幅用光ファイバと、上記増幅用光ファイバの上記クラッドに励起光を導入可能な励起光源とを含む。上記第１の光は、上記少なくとも１つのレーザ光源において増幅された信号光であってもよく、上記第２の光は、上記少なくとも１つのレーザ光源の上記増幅用光ファイバの上記コアに吸収されなかった上記励起光であってもよい。
【００２３】
このような構成によれば、レーザ光源の増幅用光ファイバのコアに吸収されなかった励起光が、光フィルタ素子の光導波クラッド層のクラッドグレーティング部により反射されるので、励起光が光フィルタ素子の下流側に伝搬することが抑制される。したがって、このような励起光がレーザ光源の下流側の光学部品に入射して当該光学部品の信頼性を低下させたり、あるいは信号光とともに励起光が出射されてビーム品質の低下を引き起こしたりすることを抑制することができる。
【００２４】
上記少なくとも１つのレーザ光源は、複数のレーザ光源を含んでいてもよく、上記ファイバレーザ装置は、上記複数のレーザ光源からのレーザ光を結合して出力可能な出力光コンバイナをさらに備えていてもよい。この場合において、上記光フィルタ素子は、上記出力光コンバイナと上記複数のレーザ光源のうち少なくとも１つとの間に配置される。このように光フィルタ素子を出力光コンバイナとレーザ光源との間に配置することで、励起光が出力光コンバイナに伝搬することが抑制される。このため出力光コンバイナの信頼性が低下することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、光導波クラッド層を伝搬する第２の光は、光導波クラッド層のクラッドグレーティング部により反射されるので、第２の光が当該クラッドグレーティング部の光の進行方向における下流側に伝搬することが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態におけるファイバレーザ装置の全体構成を示す模式的ブロック図である。
【図２】図２は、図１のファイバレーザ装置における増幅用光ファイバの構造を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、図１のファイバレーザ装置における光フィルタ素子を光軸に垂直な面で切断したときの構成を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、図３の光フィルタ素子を増幅用光ファイバとともに光軸に平行な面で切断したときの構成を模式的に示す断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図３の光フィルタ素子の製造方法の一例を説明するための図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図３の光フィルタ素子の製造方法の他の例を説明するための図である。
【図６】図６は、マルチモード光に対するファイバブラッググレーティングの光透過強度のスペクトルの例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態における光フィルタ素子を光軸に平行な面で切断したときの構成を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施形態における光フィルタ素子を光軸に平行な面で切断したときの構成を模式的に示す断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図８の光フィルタ素子の製造方法の一例を説明するための図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図８の光フィルタ素子の製造方法の他の例を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施形態における光フィルタ素子を光軸に平行な面で切断したときの構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る光フィルタ素子及びこれを含むファイバレーザ装置の実施形態について図１から図１０を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１０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１０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。
【００２８】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるファイバレーザ装置１の全体構成を示す模式的ブロック図である。図１に示すように、本実施形態におけるファイバレーザ装置１は、レーザ光を生成可能な複数のレーザ光源２と、それぞれのレーザ光源２からの出力レーザ光を結合可能な出力光コンバイナ３と、出力光コンバイナ３の下流側の端部に設けられたレーザ出射部４とを備えている。それぞれのレーザ光源２と出力光コンバイナ３との間には光フィルタ素子３０が接続されている。このようなファイバレーザ装置１においては、それぞれのレーザ光源２において生成されたレーザ光が出力光コンバイナ３で結合され、この出力光コンバイナ３で結合された高出力のレーザ光Ｌがレーザ出射部４から例えば被加工物に向けて出射される。なお、本明細書では、特に言及されていない場合には、レーザ光源２からレーザ光が出射される方向を「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。また、本明細書において、ｎ次の伝搬モード（ｎは１以上の整数）というときは、（ｎ−１）次の伝搬モードよりも高次の伝搬モードであることを意味する。
【００２９】
複数のレーザ光源２は同一の構成であるため、以下ではそのうちの１つのレーザ光源２についてのみ説明する。レーザ光源２は、光共振器１０と、光共振器１０に導入する励起光を発生可能な複数の励起光源２０と、複数の励起光源２０からの励起光を結合して光共振器１０に出力可能な光コンバイナ２２とを備えている。
【００３０】
光共振器１０は、イッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）などの希土類元素イオンが添加されたコアを有する増幅用光ファイバ４０と、増幅用光ファイバ４０の上流部に備えられた高反射ファイバブラッググレーティング部（高反射ＦＢＧ部）４４と、増幅用光ファイバ４０の下流部に備えられた低反射ファイバブラッググレーティング部（低反射ＦＢＧ部）４６とから構成されている。
【００３１】
図２は、増幅用光ファイバ４０の構造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４０は、希土類元素イオンが添加されたコア４１と、コア４１の周囲を覆う内側クラッド層４２と、内側クラッド層４２の周囲を覆う外側クラッド層４３とを有している。内側クラッド層４２の屈折率はコア４１の屈折率よりも低くなっており、コア４１はその内側に光導波路を有する。外側クラッド層４３の屈折率は内側クラッド層４２の屈折率よりも低くなっており、内側クラッド層４２はその内側に光導波路を有する。
【００３２】
光コンバイナ２２は、複数の励起光源２０から出力される励起光を結合してこの励起光を増幅用光ファイバ４０の内側クラッド層４２に導入するように構成されている。励起光源２０の発振波長は、増幅用光ファイバ４０のコア４１に添加される希土類元素の吸収波長帯を含んでおり、この発振波長を有する励起光が増幅用光ファイバ４０の光導波路（内側クラッド層４２）中を伝搬するようになっている。
【００３３】
高反射ＦＢＧ部４４は、光軸方向に沿ってコアの屈折率を周期的に変化させて形成されるもので、所定の波長帯の光を１００％に近い反射率で反射するものである。低反射ＦＢＧ部４６は、高反射ＦＢＧ部４４と同様に、光軸方向に沿ってコアの屈折率を周期的に変化させて形成されるもので、高反射ＦＢＧ部４４で反射される波長帯の光の一部（例えば９０％）を通過させ、残りを反射するものである。
【００３４】
このような光共振器１０において、増幅用光ファイバ４０の内側クラッド層４２を伝搬する励起光は、コア４１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ＦＢＧ部４４と低反射ＦＢＧ部４６との間で再帰的に反射され、特定の波長帯（例えば増幅用光ファイバ４０のコア４１に添加される元素がＥｒである場合は、例えば１５５７ｎｍが挙げられ、１５３０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下が好ましく、１５５０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下がより好ましく、１６００ｎｍ以上１６３５ｎｍ以下がさらに好ましい。Ｙｂである場合は、９７５ｎｍ以上１１００ｎｍ以下が好ましく、１０００以下１１００ｎｍ以下がより好ましい。）の光が増幅されてレーザ発振が生じる。光共振器１０で増幅されたレーザ光（以下、「信号光」という）は、増幅用光ファイバ４０のコア４１内を伝搬し、その一部が低反射ＦＢＧ部４６を透過して下流側に伝搬する。このように、増幅用光ファイバ４０の光導波路（コア４１）中を信号光が伝搬するようになっている。
【００３５】
図３は、光フィルタ素子３０を光軸に垂直な面で切断したときの構成を模式的に示す断面図、図４は、光フィルタ素子３０を増幅用光ファイバ４０とともに光軸に平行な面で切断したときの構成を模式的に示す断面図である。図３及び図４に示すように、光フィルタ素子３０は、例えばＳｉＯ2からなるコア３１と、コア３１の周囲を覆う内側クラッド層３２と、内側クラッド層３２の周囲を覆う外側クラッド層３３とを有している。内側クラッド層３２には、感光性を与えるドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されている。このＧｅの添加により内側クラッド層３２の屈折率が上昇してしまうので、屈折率を低下させるドーパントであるホウ素（Ｂ）又はフッ素（Ｆ）又はホウ素とフッ素の混合物も内側クラッド層３２に添加されている。ＧｅとＢとを同時に添加することで感光性が高まるという報告もあるため、感光性を向上させる観点からもＧｅとＢの両方が内側クラッド層３２に添加されていることが好ましい。これら光フィルタ素子３０のコア３１及び内側クラッド層３２はそれぞれ増幅用光ファイバ４０のコア４１及び内側クラッド層４２と光学的に結合されている。
【００３６】
内側クラッド層３２の屈折率はコア３１の屈折率よりも低くなっており、コア３１の内側には信号光Ｌ（第１の光）が伝搬可能な第１の光導波路が備えられている。また、外側クラッド層３３の屈折率は内側クラッド層３２の屈折率よりも低くなっており、内側クラッド層３２の内側には、増幅用光ファイバ４０のコア４１で吸収されなかった励起光（以下、「残留励起光」という）Ｐ又はレーザ出射部４から出射された残留励起光Ｐが被加工物で反射して戻ってきた戻り光が伝搬可能な第２の光導波路が備えられている。このように、本実施形態における内側クラッド層３２は、第１の光導波路（コア３１）を伝搬する第１の光（信号光Ｌ）とは異なる第２の光が伝搬可能な第２の光導波路を有する光導波クラッド層となっている。この第２の光導波路を伝搬する第２の光には残留励起光Ｐと戻り光とが含まれる。
【００３７】
図４に示すように、光フィルタ素子３０の内側クラッド層３２は、励起光の少なくとも一部を反射又は散乱可能な光処理部として、光フィルタ素子３０の長手方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部３４を有している。ここで、「長手方向」とは、光フィルタ素子３０の光軸方向又は内側クラッド層３２の長さ方向を意味する。本発明を本実施形態のようなファイバレーザ装置１に適用する場合には、この長手方向は信号光Ｌの進行方向と同一であることが好ましい。
【００３８】
このクラッドグレーティング部３４は、内側クラッド層３２の他の部分３６よりも屈折率が高くなった屈折率変化部３８を複数個含んでおり、当該他の部分３６を含んでいる。これらの屈折率変化部３８は、光軸方向に沿って所定の格子間隔ｄで配置されており、その屈折率はコア３１の屈折率よりも低くなっている。このような屈折率変化部３８を含むクラッドグレーティング部３４は、以下のブラッグ反射の式（１）により表される波長λBの光を反射する。
λB＝２×ｎeff×ｄ    ・・・（１）
ここで、ｎeffは内側クラッド層３２の伝搬モードの実効屈折率である。
【００３９】
したがって、励起光源２０からの励起光の波長をλPとすると、以下の式（２）で示される格子間隔ｄで屈折率変化部３８が備えられていれば、光フィルタ素子３０の内側クラッド層３２を伝搬する波長λPの残留励起光Ｐはクラッドグレーティング部３４により反射され、反射励起光Ｒとして上流側に戻ることとなる。また、レーザ出射部４から残留励起光Ｐが戻り光として光フィルタ素子３０に伝搬してきた場合には、この戻り光はクラッドグレーティング部３４により反射され、レーザ出射部４側に戻ることとなる。
ｄ＝λP／（２×ｎeff）    ・・・（２）
【００４０】
これにより、残留励起光Ｐが光フィルタ素子３０よりも下流側に伝搬していくことが抑制されるため、例えば図１の出力光コンバイナ３に残留励起光Ｐが入射して出力光コンバイナ３や励起光源２０等の信頼性が低下したり、あるいはレーザ出射部４からレーザ光（信号光）Ｌとともに残留励起光Ｐが出射されてビーム品質の低下を引き起こしたりすることを抑制することができる。また、戻り光が光フィルタ素子３０に到った場合であっても、この戻り光は光フィルタ素子３０よりも上流側に伝搬していくことが抑制されるため、光コンバイナ２２や励起光源２０などに戻り光が入射して光コンバイナ２２や励起光源２０などの信頼性が低下することを抑制することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、図４に示すように、クラッドグレーティング部３４の屈折率変化部３８が光軸に対して垂直に延在している。このため、クラッドグレーティング部３４で反射させた反射励起光Ｒを増幅用光ファイバ４０に向かって上流側に戻すことができる。このように反射励起光Ｒを増幅用光ファイバ４０に戻すことで、反射励起光Ｒを増幅用光ファイバ４０のコア４１で再吸収させることが可能となるのでファイバレーザ装置１の出力効率が高まる。
【００４２】
なお、増幅用光ファイバ４０の内側クラッド層４２を伝搬する残留励起光が光フィルタ素子３０の内側クラッド層３２に効率的に導入されるように、光フィルタ素子３０の内側クラッド層３２の外径は、増幅用光ファイバ４０の内側クラッド層４２の外径以上であることが好ましい。また、光フィルタ素子３０のクラッドグレーティング部３４で反射した反射励起光Ｒが増幅用光ファイバ４０の内側クラッド層４２に効果的に導入されるように、光フィルタ素子３０の内側クラッド層３２の外径が増幅用光ファイバ４０の内側クラッド層４２の外径と等しいことがより好ましい。
【００４３】
次に、このような光フィルタ素子３０を製造する方法について説明する。光フィルタ素子３０を製造する際には、例えば、図５Ａに示すように、ＳｉＯ2からなるコア５１と、コア５１の周囲を覆う内側クラッド層５２と、内側クラッド層５２の周囲を覆う外側クラッド層５３とを含む基材光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）５０を用意する。この基材光ファイバ５０のコア５１にはドーパントが添加されていない。
【００４４】
一方、基材光ファイバ５０の内側クラッド層５２には、感光性を与えるドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されている。このＧｅの添加により内側クラッド層５２の屈折率が上昇してしまうので、屈折率を低下させるドーパントであるホウ素（Ｂ）も内側クラッド層５２に添加される。ホウ素に代えてフッ素（Ｆ）又はホウ素とフッ素の混合物を内側クラッド層５２に添加してもよい。ＧｅとＢとを同時に添加することで感光性が高まるという報告もあるため、感光性を向上させる観点からもＧｅとＢの両方を内側クラッド層５２に添加することが好ましい。これらのＧｅとＢの添加量は、内側クラッド層５２の屈折率がコア５１の屈折率よりも低くなるように調整される。
【００４５】
このような基材光ファイバ５０に、位相マスク法や二光束干渉法などの公知の方法を用いて光軸方向に沿って周期的な強度分布を有する光（紫外光）を半径方向から照射する。これにより、内側クラッド層５２の屈折率が、照射される光の強度に応じて局所的に変化し、この変化した状態が半永続的に持続し、屈折率変化部３８が形成される。この結果、光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部３４を有する光フィルタ素子３０が得られる。
【００４６】
なお、基材光ファイバ５０のコア５１には感光性を与えるドーパントが添加されていないため、コア５１に上記紫外線を照射してもコア５１の屈折率は影響を受けない。
【００４７】
また、他の例としては、図５Ｂに示すように、屈折率を上げるためのドーパントであるアルミニウム（Ａｌ）、リン（Ｐ）、及び塩素（Ｃｌ）のうち少なくとも１つをＳｉＯ2に添加したコア６１と、コア６１の周囲を覆う内側クラッド層６２と、内側クラッド層６２の周囲を覆う外側クラッド層６３とを含む基材光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）６０を用いてもよい。コア６１に添加するドーパントは、感光性を高める機能を有していないことが好ましい。内側クラッド層６２には、感光性を与えるドーパントであるＧｅのみを添加するか、あるいは、Ｇｅに加えて屈折率を低下させるドーパントであるＢ（あるいはＦ又はＢとＦの混合物）を添加する。このような基材光ファイバ６０に紫外光を照射することによっても、光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部３４を有する光フィルタ素子３０を得ることができる。
【００４８】
ところで、上述したブラッグ反射の式（１）における実効屈折率ｎeffは伝搬モードによって異なる。したがって、第１の実施形態の光フィルタ素子３０のクラッドグレーティング部３４によって反射される光の波長λBは伝搬モードごとに異なっている。図６は、多数の伝搬モード（例えば５０以上の伝搬モードや１０００以上の伝搬モード）を有するマルチモード光に対するファイバブラッググレーティングの光透過強度のスペクトルの例を示しているが、このスペクトル分布からも、多数の伝搬モードのそれぞれに対する反射波長のピーク（光透過強度が低下しているピーク）が異なることがわかる。一般的に、高次の伝搬モードになるにつれて反射光のピーク波長は短くなる。
【００４９】
励起光源２０で生成される励起光は、例えば数千以上の伝搬モードを有するマルチモード光である場合もあり、第１の実施形態のように、クラッドグレーティング部３４の屈折率変化部３８間の格子間隔ｄを一定にした場合には、複数の伝搬モードを同一の波長で反射することが難しい場合がある。そこで、以下に述べる第２の実施形態では、異なる格子間隔で屈折率変化部を配置することにより複数の伝搬モードを同一の波長で反射するようにしている。
【００５０】
図７は、本発明の第２の実施形態における光フィルタ素子１３０を光軸に平行な面で切断したときの構成を模式的に示す断面図である。伝搬モード次数ｍ（ｍは任意の整数）の励起光を波長λPで反射させるために必要な格子間隔ｄmは、当該伝搬モードの実効屈折率をｎeff_mとすると、以下の式（３）で求められる。
ｄm＝λP／（２×ｎeff_m）    ・・・（３）
【００５１】
したがって、反射する伝搬モードの実効屈折率ｎeff_m（例えば、基本伝搬モードの実効屈折率をｎeff_0、１次の高次伝搬モードの実効屈折率をｎeff_1、２次の高次伝搬モードの実効屈折率をｎeff_2、・・・ｎ次の高次伝搬モードの実効屈折率をｎeff_nとする）に対応する格子間隔ｄm（例えばｄ0、ｄ1、ｄ2・・・とする）をそれぞれ求め、例えば図７に示すように、格子間隔ｄ0で配置された第１の屈折率変化部１３８−１を含むクラッドグレーティング部１３４−１と、格子間隔ｄ1で配置された第２の屈折率変化部１３８−２を含むクラッドグレーティング部１３４−２と、格子間隔ｄ2で配置された第３の屈折率変化部１３８−３を含むクラッドグレーティング部１３４−３とが備えられていることにより、異なる伝搬モードの励起光Ｐを同一の波長λPで反射することが可能となる。
【００５２】
なお、上記式（３）より、格子間隔ｄ0、ｄ1、ｄ2を同一とする場合には、反射する複数の伝搬モードの実効屈折率を非常に近い値にする、すなわち、実効屈折率を基本伝搬モードの実効屈折率ｎeff_0に非常に近い値にすることによっても、異なる伝搬モードの残留励起光Ｐを同一の波長λPで反射することが可能である。例えば、クラッドグレーティング部１３４−１で基本伝搬モードを反射し、クラッドグレーティング部１３４−２で１次の高次伝搬モードを反射し、クラッドグレーティング部１３４−３で２次の高次伝搬モードを反射する場合には、内側クラッド層３２の基本伝搬モードの実効屈折率をｎeff_0、１次の高次伝搬モードの実効屈折率をｎeff_1、２次の高次伝搬モードの実効屈折率をｎeff_2とすると、それぞれのクラッドグレーティング部１３４−１，１３４−２，１３４−３は、以下の式（４）を満たす必要がある。
λP＝２×ｎeff_0×ｄ0＝２×ｎeff_1×ｄ1＝２×ｎeff_2×ｄ2    ・・・（４）
【００５３】
励起光は、その進行方向における下流に向かって伝搬する途中で光ファイバの曲げや外部からの側圧によって高次の伝搬モードの成分に変換される可能性がある。したがって、励起光の進行方向において光フィルタ素子３０の下流側の方が上流側に比べてより高次の伝搬モード成分の割合が多くなる傾向がある。したがって、より高次の伝搬モードを励起光の進行方向における下流側で反射するようにクラッドグレーティング部１３４を構成することが好ましい。例えば、図７に示す例では、上流側のクラッドグレーティング部１３４−１において残留励起光の基本伝搬モードを反射し、クラッドグレーティング部１３４−１よりも下流側のクラッドグレーティング部１３４−２において残留励起光の１次の高次伝搬モードを反射し、クラッドグレーティング部１３４−２よりも下流側のクラッドグレーティング部１３４−３において残留励起光の２次の高次伝搬モードを反射するように構成することが好ましい。このような構成とすることで、クラッドグレーティング部１３４−１で反射しきれなかった残留励起光Ｐの基本伝搬モードが下流に伝搬する途中で１次の高次伝搬モード又は２次の高次伝搬モード（又はそれよりも高次の高次伝搬モード）に変換され、下流側のクラッドグレーティング部１３４−２又は１３４−３で反射される。また、クラッドグレーティング部１３４−２で反射しきれなかった残留励起光Ｐの１次の高次伝搬モードが下流に伝搬する途中で２次の高次伝搬モードに変換され、下流側のクラッドグレーティング部１３４−３で反射される。このように構成することで、クラッドグレーティング部１３４において残留励起光Ｐの高次の伝搬モードをより効率的に反射させることが可能となる。また、ファイバレーザ装置１の出力効率をさらに高めることができる。なお、一般的に、伝搬モード数が５０以上の多モードの光及び伝搬モード数が２〜１０程度のフューモードの光のいずれの場合においても、高次の伝搬モードになるにつれて反射光のピーク波長は短くなるため、ｄ0＜ｄ1＜ｄ2である。
【００５４】
このように、下流側のクラッドグレーティング部で反射する伝搬モードを上流側のクラッドグレーティング部で反射する伝搬モード（基本伝搬モード及び高次伝搬モードを含む）よりも高次の伝搬モードとすることで、クラッドグレーティング部１３４において残留励起光Ｐの基本伝搬モード及び高次伝搬モードをより効率的に反射させることが可能となる。
【００５５】
また、伝搬モード数が２〜１０程度のフューモードの光の場合には、高次伝搬モードの成分ほど反射強度が弱くなる傾向にある。したがって、残留励起光がフューモード光の場合には、高次伝搬モードを反射させるクラッドグレーティング部の屈折率変化部の個数を相対的に増やして、高次伝搬モードの反射効率を高めることが好ましい。図７に示す例では、第３の屈折率変化部１３８−３の個数を第２の屈折率変化部１３８−２の個数よりも多くし、第２の屈折率変化部１３８−２の個数を第１の屈折率変化部１３８−１の個数よりも多くすることが好ましい。
【００５６】
また、図７に示す例を一般化することも可能である。すなわち、基本伝搬モードから第ｎの高次伝搬モードまでをそれぞれ特定の波長で反射するようにクラッドグレーティング部１３４を構成することができる。より具体的には、光フィルタ素子１３０は、格子間隔ｄ0で配置された第１の屈折率変化部１３８−１を含むクラッドグレーティング部１３４−１と、格子間隔ｄ1で配置された第２の屈折率変化部１３８−２を含むクラッドグレーティング部１３４−２と、・・・格子間隔ｄ(n-1)で配置された第ｎの屈折率変化部１３８−ｎを含むクラッドグレーティング部１３４−ｎと、格子間隔ｄnで配置された第（ｎ＋１）の屈折率変化部１３８−（ｎ＋１）を含むクラッドグレーティング部１３４−（ｎ＋１）とを備えていてもよい。ここで、ｎは１以上の整数である。このとき、内側クラッド層３２の基本伝搬モードの実効屈折率をｎeff_0とし、１次の高次伝搬モードの実効屈折率をｎeff_1とし、２次の高次伝搬モードの実効屈折率をｎeff_2とし、・・・第ｎ次の高次伝搬モードの実効屈折率をｎeff_nとすると、
λP＝２×ｎeff_0×ｄ0＝２×ｎeff_1×ｄ1＝・・・＝２×ｎeff_n×ｄｎ    ・・・（５）
を満たすように、それぞれのクラッドグレーティング部１３４−１〜１３４−（ｎ＋１）を構成すれば、第ｎの高次伝搬モードまでの異なる伝搬モード（基本モードと任意の１以上の高次伝搬モード）の励起光Ｐを同一の波長λPで反射することが可能となる。ここで、伝搬モード次数ｍ（ｍは任意の整数）がｎ＜ｍを満たす場合であって、伝搬モード次数ｍに対応した格子間隔ｄｍまで格子間隔の数を設定した場合、複数の伝搬モードが同一の波長で反射可能な帯域を広げることができる。
【００５７】
この場合において、第１の屈折率変化部１３８−１から第（ｎ＋１）の屈折率変化部１３８−（ｎ＋１）までが、この順番で内側クラッド層３２の長手方向又は光軸方向に沿って上流側から下流側に向かって配置されていてもよく、あるいは、この順番で内側クラッド層３２の長手方向又は光軸方向に沿って下流側から上流側に向かって配置されていてもよい。また、これら（ｎ＋１）個の屈折率変化部１３８−１〜１３８−（ｎ＋１）のすべてがこの順番で並んでいなくてもよく、これらの屈折率変化部１３８−１〜１３８−（ｎ＋１）のうち少なくとも２つが順番に上流側から下流側に向かって又は下流側から上流側に向かって並んでいてもよい。
【００５８】
また、格子間隔については、
ｄ0＜ｄ１＜・・・＜ｄ(n-1)＜ｄn    ・・・（６）
の関係が成立していてもよい。この場合には、残留励起光又は戻り光の（ｎ＋１）個の伝搬モードのすべてをより効率的に反射することができるとともに、高次の伝搬モードを励起光の進行方向における下流側でより効率的に反射することができる。なお、この格子間隔の関係は、屈折率変化部１３８−１〜１３８−（ｎ＋１）のうち少なくとも２つにおいて成立していてもよい。すなわち、０以上ｎ未満の整数をｋ、ｋより大きくｎ以下の整数をｌとすると、
ｄk＜ｄl
が成立し、ｋ及びｌ以外の整数については式（６）の関係が成立していなくてもよい。
【００５９】
また、クラッドグレーティング部１３４−１〜１３４−（ｎ＋１）において反射可能な残留励起光又は戻り光の波長帯域幅は１ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることがより好ましい。ここでいう反射可能な残留励起光又は戻り光の「波長帯域幅」とは、反射される基本伝搬モード及び１次の高次伝搬モードの光の（同一の）波長値から起算して、第（ｎ−１）次の高次伝搬モード及び第ｎ次の高次伝搬モードの光の（同一の）波長値までの帯域幅を意味している。この「同一の波長値」は、複数の伝搬モードにおける各スペクトルにおいて厳密にピーク値が同一になっている必要はなく、例えば、クラッドグレーティング部１３４−１〜１３４−（ｎ＋１）に対して、各スペクトルを形成している各領域において共通する波長帯域の範囲も「同一の波長値」であると言うことができる。
【００６０】
図８は、本発明の第３の実施形態における光フィルタ素子２３０を光軸に平行な面で切断したときの構成を模式的に示す断面図である。図８に示すように、本実施形態の光フィルタ素子２３０の内側クラッド層３２は、第１の実施形態と同様に、光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部２３４を有している。本実施形態では、光フィルタ素子２３０のコア３１も、光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するコアグレーティング部２３５を有している。クラッドグレーティング部２３４は、屈折率が高くなった屈折率変化部２３８Ｘ，２３８Ｙを含んでおり、コアグレーティング部２３５は、屈折率が高くなった屈折率変化部２３７Ｘ，２３７Ｙを含んでいる。クラッドグレーティング部２３４の屈折率変化部２３８Ｘ，２３８Ｙの光軸方向の位置とコアグレーティング部２３５の屈折率変化部２３７Ｘ，２３７Ｙの光軸方向の位置とは同一である。
【００６１】
より具体的には、クラッドグレーティング部２３４は、光軸方向に沿って格子間隔ｄXで配置された屈折率変化部２３８Ｘと、格子間隔ｄYで配置された屈折率変化部２３８Ｙとを含んでいる。また、コアグレーティング部２３５は、光軸方向に沿って格子間隔ｄXで配置された屈折率変化部２３７Ｘと、格子間隔ｄYで配置された屈折率変化部２３７Ｙとを含んでいる。これらの格子間隔ｄX，ｄYは、内側クラッド層３２の実効屈折率をｎeff_Xとし、コア３１の実効屈折率をｎeff_Yとすると、以下の式（７）及び（８）で表される。
ｄX＝λP／（２×ｎeff_X）    ・・・（７）
ｄY＝λP／（２×ｎeff_Y）    ・・・（８）
【００６２】
このような構成により、光フィルタ素子２３０の内側クラッド層３２を伝搬する残留励起光Ｐは、クラッドグレーティング部２３４の屈折率変化部２３８Ｘにより反射され、反射励起光ＲXとして上流側に伝搬する。また、残留励起光の一部がコア３１を伝搬することも考えられるが、そのような残留励起光は、コアグレーティング部２３５の屈折率変化部２３７Ｙにより反射され、反射励起光ＲYとして上流側に伝搬する。したがって、本実施形態においては、内側クラッド層３２を伝搬する残留励起光Ｐだけではなく、コア３１を伝搬する残留励起光も上流側に反射させることができる。このため、光フィルタ素子２３０の上流側に増幅用光ファイバ４０がある場合には、コア３１を伝搬する残留励起光をより効率的に増幅用光ファイバ４０で再利用することができる。また、光フィルタ素子２３０の下流側にレーザ出射部４がある場合には、そのようなコア３１を伝搬する残留励起光が下流側のレーザ出射部４に伝搬することを抑制することができるため、例えば図１の出力光コンバイナ３に残留励起光が入射して出力光コンバイナ３や励起光源２０等の信頼性が低下したり、あるいはレーザ出射部４からレーザ光（信号光）Ｌとともに残留励起光が出射されてビーム品質の低下を引き起こしたりすることを抑制することができる。また、戻り光に関しても同様に、内側クラッド層３２を伝搬する戻り光だけではなく、コア３１を伝搬する戻り光も下流側に反射させることができる。したがって、コア３１を伝搬する戻り光が、光コンバイナ２２や励起光源２０などに入射して光コンバイナ２２や励起光源２０などの信頼性が低下することを抑制することができる。なお、信号光Ｌの波長は励起光Ｐの波長とは異なるため、信号光Ｌはコアグレーティング部２３５で反射せずにそのまま透過する。
【００６３】
ここで、本実施形態のように、クラッドグレーティング部２３４及びコアグレーティング部２３５により残留励起光Ｐを反射させる場合には、コアグレーティング部２３５において励起光Ｐを反射する領域（図８における屈折率変化部２３７Ｙ）をクラッドグレーティング部２３４において励起光Ｐを反射する領域（図８における屈折率変化部２３８Ｘ）よりも下流側に持ってくることが好ましい。より具体的には、クラッドグレーティング部２３４において励起光Ｐを反射する領域の上流側の端部（屈折率変化部２３８Ｘの上流側の端部）が、コアグレーティング部２３５において励起光Ｐを反射する領域の上流側の端部（屈折率変化部２３７Ｙの上流側の端部）よりも上流側に位置していることが好ましい。また、クラッドグレーティング部２３４において励起光Ｐを反射する領域の下流側の端部（屈折率変化部２３８Ｘの下流側の端部）が、コアグレーティング部２３５において励起光Ｐを反射する領域の下流側の端部（屈折率変化部２３７Ｙの下流側の端部）よりも上流側に位置していることが好ましい。さらに、クラッドグレーティング部２３４において励起光Ｐを反射する領域の下流側の端部（屈折率変化部２３８Ｘの下流側の端部）が、コアグレーティング部２３５において励起光Ｐを反射する領域の上流側の端部（屈折率変化部２３７Ｙの上流側の端部）よりも上流側に位置していることが好ましい。このような構成によれば、クラッドグレーティング部２３４で反射されなかった励起光Ｐの一部がコア３１に閉じ込められ、そのコア３１に閉じ込められた励起光Ｐをクラッドグレーティング部２３４の反射領域よりも下流側にあるコアグレーティング部２３５の反射領域で反射することが可能になるため、励起光をより効果的に上流側に反射させることができる。したがって、光フィルタ素子２３０の上流側に増幅用光ファイバ４０がある場合には、コア３１を伝搬する残留励起光をより効率的に増幅用光ファイバ４０で再利用することができる。また、光フィルタ素子２３０の下流側にレーザ出射部４がある場合には、そのようなコア３１を伝搬する残留励起光が下流側のレーザ出射部４に伝搬することを抑制することができるため、例えば図１の出力光コンバイナ３に残留励起光が入射して出力光コンバイナ３や励起光源２０等の信頼性が低下したり、あるいはレーザ出射部４からレーザ光（信号光）Ｌとともに残留励起光が出射されてビーム品質の低下を引き起こしたりすることを抑制することができる。
【００６４】
レーザ出射部４から戻り光として伝搬してきた励起光をクラッドグレーティング部２３４及びコアグレーティング部２３５により反射させる場合には、コアグレーティング部２３５において戻り光を反射する領域（図８における屈折率変化部２３７Ｙ）をクラッドグレーティング部２３４において戻り光を反射する領域（図８における屈折率変化部２３８Ｘ）よりも上流側に持ってくることが好ましい。より具体的には、クラッドグレーティング部２３４において戻り光を反射する領域の上流側の端部（屈折率変化部２３８Ｘの上流側の端部）が、コアグレーティング部２３５において戻り光を反射する領域の上流側の端部（屈折率変化部２３７Ｙの上流側の端部）よりも下流側に位置していることが好ましい。また、クラッドグレーティング部２３４において戻り光を反射する領域の下流側の端部（屈折率変化部２３８Ｘの下流側の端部）が、コアグレーティング部２３５において戻り光を反射する領域の下流側の端部（屈折率変化部２３７Ｙの下流側の端部）よりも下流側に位置していることが好ましい。さらに、クラッドグレーティング部２３４において戻り光を反射する領域の上流側の端部（屈折率変化部２３８Ｘの上流側の端部）が、コアグレーティング部２３５において戻り光を反射する領域の上流側の端部（屈折率変化部２３７Ｙの上流側の端部）よりも下流側に位置していることが好ましい。このような構成によれば、クラッドグレーティング部２３４で反射されなかった戻り光の一部がコア３１に閉じ込められ、そのコア３１に閉じ込められた戻り光をクラッドグレーティング部２３４の反射領域よりも上流側にあるコアグレーティング部２３５の反射領域で反射することが可能になるため、戻り光をより効果的に下流側に反射させることができる。このため、戻り光が光フィルタ素子２３０よりも上流側に伝搬していくことが抑制されるため、光コンバイナ２２や励起光源２０などに戻り光が入射して光コンバイナ２２や励起光源２０などの信頼性が低下することをより一層抑制することができる。
【００６５】
この場合において、上述した第２の実施形態のように、反射する励起光の伝搬モードごとにクラッドグレーティング部２３４の屈折率変化部２３８Ｘが備えられていてもよく、あるいは反射する励起光の伝搬モードごとにコアグレーティング部２３５の屈折率変化部２３７Ｙが備えられていてもよく、あるいはクラッドグレーティング部２３４の屈折率変化部２３８Ｘ及びコアグレーティング部２３５の屈折率変化部２３７Ｙがそれぞれ反射する励起光の伝搬モードごとに備えられていてもよい。また、図８に示す例では、コアグレーティング部２３５の屈折率変化部２３７Ｘ，２３７Ｙの格子間隔とクラッドグレーティング部２３４の屈折率変化部２３８Ｘ，２３８Ｙの格子間隔とが同一であるが、コアグレーティング部２３５の屈折率変化部２３７Ｘ，２３７Ｙの格子間隔がクラッドグレーティング部２３４の屈折率変化部２３８Ｘ，２３８Ｙの格子間隔と異なっていてもよい。
【００６６】
次に、このような光フィルタ素子２３０を製造する方法について説明する。光フィルタ素子２３０を製造する際には、例えば、図９Ａに示すように、ＳｉＯ2に感光性を与えるドーパントであるＧｅを添加したコア２５１と、コア２５１の周囲を覆う内側クラッド２５２と、内側クラッド２５２の周囲を覆う外側クラッド２５３とを含む基材光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）２５０を用意する。基材光ファイバ２５０の内側クラッド２５２にもコア２５１と同様にＧｅが添加されるが、内側クラッド２５２へのＧｅの添加濃度をコア２５１へのＧｅの添加濃度よりも低くする。このＧｅの添加濃度の差により、内側クラッド２５２の屈折率がコア２５１の屈折率よりも低くなっている。このような基材光ファイバ２５０に、位相マスク法や二光束干渉法などの公知の方法を用いて光軸方向に沿って周期的な強度分布を有する光（紫外光）を照射することで、上述したクラッドグレーティング部２３４及びコアグレーティング部２３５を有する光フィルタ素子２３０が得られる。
【００６７】
また、他の方法として、図９Ｂに示すように、ＳｉＯ2にＧｅを添加したコア２６１と、コア２６１と同程度の濃度でＧｅを添加し、さらにＢも添加した内側クラッド２６２と、内側クラッド２６２の周囲を覆う外側クラッド２６３とを含む基材光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）２６０を用いてもよい。このような基材光ファイバ２６０に紫外光を照射することによっても、光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部２３４及びコアグレーティング部２３５を有する光フィルタ素子２３０が得られる。
【００６８】
図１０は、本発明の第４の実施形態における光フィルタ素子３３０を光軸に平行な面で切断したときの構成を模式的に示す断面図である。本実施形態における光フィルタ素子３３０は、内側クラッド層３２を伝搬する残留励起光（又は戻り光）を除去する励起光除去部３８０を含んでいる。この励起光除去部３８０は、クラッドグレーティング部３３４の上流側に設けられている。励起光除去部３８０では、光フィルタ素子３３０の外側クラッド層３３の一部が除去され、露出した内側クラッド層３２の周囲には、内側クラッド層３２の屈折率以上の屈折率を有する樹脂３８２が備えられている。
【００６９】
本実施形態においては、クラッドグレーティング部３３４を構成する屈折率変化部３３８が光軸に対して傾斜して延在している。屈折率変化部３３８の光軸に対する傾斜角度は１度以上であることが好ましい。これらの屈折率変化部３３８の格子間隔は、上述した第１の実施形態と同様に、ブラッグ反射の式を満たすように設定されている。
【００７０】
このような構成によれば、内側クラッド層３２を伝搬する残留励起光Ｐ（又は戻り光）の一部は、励起光除去部３８０の樹脂３８２に漏れ出し、ここで熱に変換されることにより除去される。また、この励起光除去部３８０で除去しきれなかった残留励起光Ｐ（又は戻り光）は、クラッドグレーティング部３３４により反射されることとなるが、屈折率変化部３３８が光軸に対して傾斜していることから、図１０に示すように、反射励起光ＲSは光軸に対して傾斜した方向に反射され、励起光除去部３８０の樹脂３８２に導入される。このため、残留励起光Ｐ（又は戻り光）をより効果的に除去することができる。
【００７１】
例えば、反射励起光ＲSによって発熱や損傷の可能性のある光学部品が光フィルタ素子３３０の反射励起光が進行する方向に存在する場合などには、本実施形態のような構造を採用することにより、反射励起光ＲSがそのような光学部品に到達しにくくなるため、発熱や損傷の可能性を低減することができる。
【００７２】
この場合において、上述した第２の実施形態のように、反射する励起光の伝搬モードごとにクラッドグレーティング部３３４の屈折率変化部３３８が備えられていてもよい。また、第３の実施形態のように、クラッドグレーティング部３３４に加えてコア３１にも屈折率が周期的に変化するコアグレーティング部が備えられていてもよい。さらに、反射する励起光の伝搬モードごとにクラッドグレーティング部３３４の屈折率変化部３３８が備えられるとともに、反射する励起光の伝搬モードごとに屈折率が周期的に変化する屈折率変化部がコア３１にも備えられていてもよい。
【００７３】
なお、本実施形態では、内側クラッド層３２を伝搬する励起光Ｐを除去する励起光除去部３８０として樹脂３８２を用いた例を説明したが、例えば、特開２０１４−１２６６８７号公報や特開２０１６−２９４５４号公報に記載されているように、光フィルタ素子３３０の外側クラッド層３３の外周面に螺旋状の溝を備えることにより内側クラッド層３２を伝搬する励起光Ｐを除去するように励起光除去部３８０を構成してもよい。
【００７４】
上述した実施形態においては、内側クラッドと外側クラッドの２層のクラッド層を有する光フィルタ素子について説明したが、クラッド層の数はこれに限られるものではなく、３層以上のクラッド層を有する光フィルタ素子にも本発明を適用することができる。また、上述した実施形態では、光フィルタ素子を増幅用光ファイバ４０の下流側のデリバリファイバに用いた例を説明したが、光フィルタ素子が増幅用光ファイバ４０内に備えられていてもよい。
【００７５】
また、上述した実施形態では、内側クラッド層３２が、励起光が伝搬する光導波路を備える光導波クラッド層として機能する場合の例を説明したが、光フィルタ素子が３層以上のクラッド層を有する場合には、コアを伝搬する信号光とは異なる光（例えば残留励起光や戻り光）が伝搬する光導波路が備えられた任意のクラッド層を光導波クラッド層とすることができる。また、光フィルタ素子内に光導波クラッド層が２層以上備えられていてもよい。
【００７６】
また、上述した実施形態では、クラッドグレーティング部によって残留励起光を反射する例を説明したが、例えばレーザ出射部４から出射したレーザ光Ｌが加工対象物で反射してレーザ出射部４に戻ることも考えられ、そのような反射光をクラッドグレーティング部によって反射するように構成することも可能である。
【００７７】
上述した実施形態においては、励起光の少なくとも一部を反射又は散乱可能な光処理部の例として、光フィルタ素子の長手方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部を説明したが、このような光処理部はこのようなクラッドグレーティング部以外の手段によっても実現できるものである。例えば、内側クラッド層３２に例えば泡などを含ませることにより励起光の少なくとも一部を散乱可能な光処理部を備えていてもよい。あるいは、内側クラッド層３２に例えばＧｅ、Ａｌ、Ｐ、Ｂ、Ｆなどのドーパントの添加濃度を高めた部分を備え、励起光の少なくとも一部に対するレイリー散乱やミー散乱などの散乱性を高めた光処理部を構成してもよい。また、外側クラッド層３３及び内側クラッド層３２に螺旋状の溝を備えることで、励起光の少なくとも一部を散乱可能な光処理部を構成してもよい。
【００７８】
さらに、上述した実施形態においては、複数のレーザ光源２を備えたファイバレーザ装置１の例を説明したが、単一のレーザ光源２を備えたレーザシステムにも本発明を適用できることは言うまでもない。また、上述した実施形態では、光共振器１０を有するレーザ光源２を用いた例を説明したが、本発明は他の種類のレーザ光源にも適用可能なものである。例えば、シード光を光ファイバ増幅器で増幅するＭＯＰＡファイバレーザをレーザ光源２として用いることも可能である。
【００７９】
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。
【符号の説明】
【００８０】
１      ファイバレーザ装置
２      レーザ光源
３      出力光コンバイナ
４      レーザ出射部
１０      光共振器
２０      励起光源
２２      光コンバイナ
３０      光フィルタ素子
３１      コア
３２      内側クラッド層
３３      外側クラッド層
３４      クラッドグレーティング部
３８      屈折率変化部
４０      増幅用光ファイバ
４１      コア
４２      内側クラッド層
４３      外側クラッド層
４４      高反射ＦＢＧ部
４６      低反射ＦＢＧ部
１３０      光フィルタ素子
１３４      クラッドグレーティング部
１３８−１    第１の屈折率変化部
１３８−２    第２の屈折率変化部
１３８−３    第３の屈折率変化部
２３０      光フィルタ素子
２３４      クラッドグレーティング部
２３５      コアグレーティング部
２３７Ｘ，２３７Ｙ      屈折率変化部
２３８Ｘ，２３８Ｙ      屈折率変化部
３３０        光フィルタ素子
３３４        クラッドグレーティング部
３３８        屈折率変化部
３８０        励起光除去部
Ｌ        信号光
Ｐ        残留励起光
Ｒ        反射励起光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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