(57)【要約】【課題】希土類元素の添加濃度を増加させずに、高出力のレーザ光が得られるファイバレーザ用ファイバを提供する。【解決手段】希土類元素が添加されたコア２と、そのコア２の外周に形成されたクラッド３とを備えたファイバレーザ用ファイバ１において、コア２は、１７２０℃〜２０００℃の仮想温度を有するものである。【選択図】図１
2010103223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素が添加されたコアと、そのコアの外周に形成されたクラッドとを備えたファイバレーザ用ファイバにおいて、前記コアは、１７２０℃〜２０００℃の仮想温度を有することを特徴とするファイバレーザ用ファイバ。
【請求項２】
前記コアは、前記仮想温度が長手方向で異なる請求項１に記載のファイバレーザ用ファイバ。
【請求項３】
光ファイバ母材を溶融して希土類元素が添加されたコアと該コアの外周に形成されたクラッドとからなる光ファイバ裸線を作製する光ファイバ裸線作製工程と、
前記光ファイバ裸線の周囲に被覆を施す被覆工程とを含むファイバレーザ用ファイバの製造方法において、
前記光ファイバ裸線作製工程と前記被覆工程との間、あるいは前記被覆工程後に、前記コアの内部に残留応力を付与して前記コアの仮想温度を１７２０℃〜２０００℃にする残留応力付与工程を有することを特徴とするファイバレーザ用ファイバの製造方法。
【請求項４】
前記残留応力付与工程は、前記光ファイバ裸線作製工程と前記被覆工程との間に、前記光ファイバ裸線にレーザ光を照射して前記コアの内部に前記残留応力を付与する請求項３に記載のファイバレーザ用ファイバの製造方法。
【請求項５】
前記残留応力付与工程は、前記被覆工程後に引張応力を印加して、前記コアの内部に前記残留応力を付与する請求項３に記載のファイバレーザ用ファイバの製造方法。
【請求項６】
前記残留応力付与工程は、前記コアの長手方向の一部、あるいは全体に前記残留応力を付与する請求項３〜５のいずれかに記載のファイバレーザ用ファイバの製造方法。
【請求項７】
請求項１又は２に記載のファイバレーザ用ファイバと、前記ファイバレーザ用ファイバに励起光を入射させる励起用光源とを少なくとも備えることを特徴とするファイバレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類元素が添加されたコアとクラッドを備えた高出力のファイバレーザ用ファイバ及びその製造方法、並びにファイバレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工や医療用途などへの適用を目的として、より高出力で安価な光源の開発が求められている。これらの要求に対し、光ファイバレーザは、高効率でしかも高品質のレーザ光を簡単に取り出せるという理由で注目を集めている。
【０００３】
このような高出力光ファイバレーザに使用される光ファイバとして、図８に示すような光ファイバ（ファイバレーザ用ファイバ）９１がある。この光ファイバ９１は、希土類元素（Ｙｂ、Ｅｒ、Ｅｒ／Ｙｂ、Ｔｍ、Ｎｄなど）をドープしたコア９２と、第１クラッド９３ａ、第２クラッド９３ｂからなるクラッド９３とを備えたダブルクラッドファイバである。また、第２クラッド９３ｂの外周に図示していないが、紫外線硬化型樹脂などからなる被覆層が設けられている。
【０００４】
光ファイバ９１の一端部には、励起光Ｌｅ９として、マルチモードＬＤ（半導体レーザ）から出射した光を入射する。第１クラッド９３ａ内に集光した励起光Ｌｅ９は、光ファイバ９１中を伝搬し、コア９２の希土類元素を励起する。そして、励起された希土類元素から発振光がコア９２に伝播し、光ファイバ９１の他端から高出力のレーザ発振光Ｌ９が出射する。
【０００５】
このようなファイバレーザにおいて、光ファイバ中のコアの希土類元素イオン（例えば、Ｙｂイオン（Ｙｂ3+））濃度を高くする、つまり希土類元素の添加濃度を増加させることにより、発光強度を増加させ、レーザ光の高出力化を図るという手法がある。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２４９３２８号公報
【特許文献２】特開２００４−４３２３１号公報
【特許文献３】特開２００４−１０７１５７号公報
【特許文献４】特開２００５−２５００４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、希土類元素イオン濃度を高くすると、以下のデメリットがある。
【０００９】
１）ガラスマトリクス中に希土類元素を均一に分散させるために、さらにＡｌなどの分散剤（あるいは濃度消光抑制剤）を添加しなければならない。この結果、コアの屈折率が必要以上に高くなり、モードフィールド径が小さくなるので、特にＬＭＡファイバ（Large Mode Area Fiber）やＰＣＦ（フォトニック結晶光ファイバ：Photonic Crystal Fiber）を作る場合、ＦまたはＢなどの屈折率調整剤を添加してコアの屈折率を下げなければならない。このため、ファイバレーザ用ファイバの作製プロセスが複雑になり、コストもかかると同時に、精密な屈折率制御が困難になる。さらに、添加物が多くなることにより、ファイバ全体の線膨張係数（熱膨張係数）が大きくなってレーザ耐性も低くなる。レーザ耐性が低くなる別の理由として、ファイバレーザ用ファイバが細径であることも挙げられる。
【００１０】
２）希土類元素イオン濃度が高くなると希土類元素イオン間の平均距離が近くなる。その結果、隣り合う希土類元素イオン同士が発光強度を下げるような相互作用を行う協同ルミネッセンスなどにより、濃度消光が起こりやすくなり、増幅効率低下（レーザ出力低下）を招いてしまう。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、希土類元素の添加濃度を増加させずに、高出力のレーザ光が得られるファイバレーザ用ファイバ及びその製造方法、並びにファイバレーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために創案された本発明は、希土類元素が添加されたコアと、そのコアの外周に形成されたクラッドとを備えたファイバレーザ用ファイバにおいて、前記コアは、１７２０℃〜２０００℃の仮想温度を有するファイバレーザ用ファイバである。
【００１３】
前記コアは、前記仮想温度が長手方向で異なるとよい。
【００１４】
また本発明は、光ファイバ母材を溶融して希土類元素が添加されたコアと該コアの外周に形成されたクラッドとからなる光ファイバ裸線を作製する光ファイバ裸線作製工程と、前記光ファイバ裸線の周囲に被覆を施す被覆工程とを含むファイバレーザ用ファイバの製造方法において、前記光ファイバ裸線作製工程と前記被覆工程との間、あるいは前記被覆工程後に、前記コアの内部に残留応力を付与して前記コアの仮想温度を１７２０℃〜２０００℃にする残留応力付与工程を有するファイバレーザ用ファイバの製造方法である。
【００１５】
前記残留応力付与工程は、前記光ファイバ裸線作製工程と前記被覆工程との間に、前記光ファイバ裸線にレーザ光を照射して前記コアの内部に前記残留応力を付与するとよい。
【００１６】
前記残留応力付与工程は、前記被覆工程後に引張応力を印加して、前記コアの内部に前記残留応力を付与してもよい。
【００１７】
前記残留応力付与工程は、前記コアの長手方向の一部、あるいは全体に前記残留応力を付与するとよい。
【００１８】
さらに本発明は、前記のファイバレーザ用ファイバと、前記ファイバレーザ用ファイバに励起光を入射させる励起用光源とを少なくとも備えるファイバレーザである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、希土類元素の添加濃度を増加させずに、高出力のレーザ光が得られるファイバレーザ用ファイバ及びその製造方法、並びにファイバレーザを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２１】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の好適な第１の実施形態を示すファイバレーザ用ファイバの概略図である。
【００２２】
（ファイバレーザ用ファイバ）
図１に示すように、第１の実施形態に係るファイバレーザ用ファイバ１は、励起光Ｌｅを入射して所定の励起を行うことで発光する発光機能（蛍光機能）を有し、その発光した光を反射励振させることでレーザ発振光Ｌを出射するレーザ発振媒体となるものである。
【００２３】
このファイバレーザ用ファイバ１は、希土類元素が添加されたコア２と、そのコア２の周囲に形成されたクラッド３とからなる。
【００２４】
コア２は、石英材料（例えば、純粋石英、あるいは純粋石英に少量のＧｅを添加したもの）に、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｅｒ／Ｙｂ、Ｔｍ、Ｎｄなどの希土類元素と、希土類元素の分散剤（あるいは濃度消光剤）としてのＡｌとを微少量添加（ドープ）したものである。Ａｌを添加するのは、Ｓｉ中の希土類元素イオン（特に、Ｙｂ3+）が凝集しやすく、希土類元素が添加されたコアの蛍光強度が低下しやすいので、これを防止するためである。
【００２５】
ファイバレーザ用ファイバ１では、希土類元素を添加する前のコアとクラッド３（例えば、純粋石英からなる）の組成は従来と同じであり、コアに添加する希土類元素の添加量は従来と同じか、あるいは少ない。
【００２６】
本実施形態では、励起光Ｌｅが波長λｅ（９１５ｎｍあるいは９７０〜９８０ｎｍ）であり、波長λ（１０３０〜１１００ｎｍ）のレーザ発振光Ｌを出射させるために、希土類元素としてＹｂを用いた。Ｙｂは、波長λｅの励起光Ｌの吸収と、波長λの光の増幅（誘導放出）とに適した希土類元素である。
【００２７】
さて、ファイバレーザ用ファイバ１は、コア２の蛍光強度を増加させるべく、コア２の仮想温度が１７２０℃〜２０００℃となるようにコア２の内部に残留応力を付与したものである。
【００２８】
ここで蛍光強度とは、コア中の希土類元素に励起光を照射し、そのエネルギーを希土類元素が吸収することで電子が励起し、これが基底状態に戻るときに放出する電磁波の強度のことをいう。
【００２９】
また仮想温度とは、ガラスが液体から固化する温度、あるいは液相からガラス状態への凍結温度のことをいう。過冷却液体がガラス状態に変わる温度をガラス転移点といい、これは一般的に熱膨張曲線の解析から求められる。熱膨張曲線において、ガラス転移点の位置は冷却速度に依存し、急冷条件では高温側に移動するのに対し、徐冷すると低温側に移動する。ガラスはこのような熱履歴を反映した構造を有するため、ガラスが液体から固化する温度を仮想温度と呼び、所望の特性のガラスを得る際に、ガラスの構造決定温度の指標として用いられる。
【００３０】
仮想温度が１７２０℃未満では、コア２の蛍光強度が従来と同程度になってしまう。なお、仮想温度の上限を２０００℃とする理由としては、現時点においてガラス構造が実現可能である仮想温度が２０００℃であるため、仮想温度が２０００℃を超える場合には、線引き中の光ファイバ裸線、又は光ファイバ素線が軟らかくなりすぎて製造が困難になったり、線引き中の光ファイバ裸線、又は光ファイバ素線が断線したりするなどの問題が発生してしまうおそれがあると推定される。
【００３１】
ファイバレーザ用ファイバ１は、長さ約５ｍ以上であるとよく、出力が５ｋＷ以上、好ましくは１０ｋＷ以上であるとよい。
【００３２】
（ファイバレーザ）
ここで、ファイバレーザ用ファイバ１を用いたファイバレーザの一例を、図６を用いて説明する。
【００３３】
図６に示すように、ファイバレーザ６１は、光源を備えてレーザ発振光Ｌを出力するための光学部６２と、その光学部６２に接続されて光源を駆動する図示しないＬＤドライバなどの駆動装置とで主に構成される。
【００３４】
光学部６２は、ファイバレーザ用ファイバ１と、そのファイバレーザ用ファイバ１の両端部近傍（後述する両光結合部６６Ａ，６６Ｂよりも外側）にそれぞれ設けられる光源部６３Ａ，６３Ｂとからなる。
【００３５】
光源部６３Ａは、高出力の励起光を出射するための複数個の励起用光源６４と、これら励起用光源６４にそれぞれ接続された複数本の励起用光路６５と、これら励起用光路６５にそれぞれ光学的に接続され、各励起用光源６４からの出射光をファイバレーザ用ファイバ１に光結合する光結合部６６Ａとからなる。光源部６３Ｂの構成も光源部６３Ａと同じである。光結合部は、ファイバレーザ用ファイバ１の一端部側を光結合部６６Ａ、他端部側を光結合部６６Ｂとした。
【００３６】
各励起用光源６４としては、安価な光伝送に適したマルチモードＬＤを用いる。本実施形態では、一例として、波長λｅ（９１５ｎｍあるいは９７０〜９８０ｎｍ）の励起光Ｌｅを出射するマルチモードＬＤを用いた。
【００３７】
各励起用光源６４は、光源部６３Ａ，６３Ｂごとに直列接続され、これらが上述した駆動装置に接続される。各励起用光路６５としては、マルチモード光ファイバや光導波路を用いる。光結合部６６Ａ，６６Ｂとしては、マルチカプラや励起コンバイナを用いる。
【００３８】
ファイバレーザ用ファイバ１の両端部で、両光結合部６６Ａ，６６Ｂよりも内側には、ファイバレーザ用ファイバ１へ入射した励起光Ｌｅを反射励振するための光反射部６７Ａ，６７Ｂが設けられる。本実施形態では、ファイバレーザ用ファイバ１に、励起光波長に対しては透過し、発振光波長に対しては高い反射率を有するＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）を２つ形成して、光反射部６７Ａ，６７Ｂとした。
【００３９】
光反射部６７Ｂ（図６では、ファイバレーザ用ファイバ１のレーザ発振光Ｌの出射側）となるＦＢＧは、部分的にレーザ発振光を反射するように、光反射部６７ＡとなるＦＢＧとは格子間隔を異ならせて形成される。
【００４０】
励起方式については、特に限定されるものではないが、光ファイバレーザ６１では側面励起、端面励起のどちらでも採用することができる。
【００４１】
（ファイバレーザ用ファイバの製造装置）
次に、ファイバレーザ用ファイバ１の製造に適した光ファイバ製造装置を、図７を用いて説明する。
【００４２】
図７に示すように、光ファイバ製造装置７１は、後述する仮想温度調整部８１を除き、慣用の光ファイバ製造装置とほぼ同じ構成である。
【００４３】
この光ファイバ製造装置７１は、光ファイバ母材７２を下方に線引きし、仮想温度調整部８１を通過させ光ファイバ裸線１０とし、その光ファイバ裸線１０に被覆材料を被覆し、ファイバレーザ用ファイバ１を巻取るものである。
【００４４】
光ファイバ製造装置７１は、光ファイバ母材７２を加熱する線引炉７３と、線引炉７３で溶融して線引きが開始された光ファイバ裸線１０ｐの外径を測定する第１外径測定器７４ａと、第１外径測定器７４ａを経た光ファイバ裸線１０ｐの仮想温度を調整する仮想温度調整部８１と、光ファイバ裸線１０に被覆材料を被覆するためのダイス（ファイバ被覆樹脂用ダイス）７５と、被覆材料を硬化させ、ファイバレーザ用ファイバ１とする硬化部（被覆樹脂硬化装置）７６と、硬化部７６を経たファイバレーザ用ファイバ１の外径を測定する第２外径測定器７４ｂと、ファイバレーザ用ファイバ１を方向転換して下流側に送るターンプーリ７７と、ターンプーリ７７からのファイバレーザ用ファイバ１を巻き取る巻き取り装置７８とを備える。
【００４５】
硬化部７６は、被覆材料の種類に応じて適宜変更でき、ポリイミド樹脂のような熱硬化性樹脂の場合はヒーター、ＵＶ（紫外線）硬化樹脂の場合はＵＶランプなどが用いられる。巻き取り装置７８は、線引き中の光ファイバ裸線１０やファイバレーザ用ファイバ１に張力を付与するための張力付与手段も兼ねる。
【００４６】
仮想温度調整部８１は、線引き中の光ファイバ裸線１０に高出力熱エネルギーを周期的（間欠的）に与えるものである。この仮想温度調整部８１は、線引き中の光ファイバ裸線１０の周囲に複数個設けられる熱エネルギー源として、パルスレーザ光ＣＬを照射するためのパルスレーザ装置８２と、各パルスレーザ装置８２と線引き中の光ファイバ裸線１０間に進退自在に設けられ、パルスレーザ光ＣＬを集光する集光レンズ８３とを備える。
【００４７】
パルスレーザ装置８２に内蔵されるレーザとしては、ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザ、半導体レーザなどの高出力熱エネルギーを線引き中の光ファイバ裸線１０に局所的に供給（与えることが）でき、かつ集光性を有するものであればよい。本実施形態では、パルスレーザ装置８２に内蔵されるレーザとしてＣＯ2レーザを用いた。
【００４８】
パルスレーザ装置８２は、線引き速度を考慮し、所定のパルス幅を有し、かつ仮想温度調整量に対応するパルス高さを有するパルス信号ｐが入力されることで、線引き中の光ファイバ裸線１０に高出力熱エネルギーを周期的に与える。
【００４９】
本実施形態では、パルスレーザ装置８２を備える仮想温度調整部８１を説明したが、仮想温度調整部としては、パルスレーザ光に代えて、ＣＷ（Continuous Wave）レーザ光を照射するための装置を備えるものを使用してもよい。
【００５０】
また、仮想温度調整部８１として、パルスレーザ光ＣＬを照射した後に、光ファイバ裸線１０をＨｅガス、Ａｒガスなどで急冷する急冷装置を、パルスレーザ光ＣＬの照射部と硬化部７６との間に設けてもよい。この急冷装置により、急加熱された光ファイバ裸線１０が急冷されるため、１７２０℃〜２０００℃の仮想温度が得られ易い。
【００５１】
（ファイバレーザ用ファイバの製造方法）
ファイバレーザ用ファイバ１の製造方法を光ファイバ製造装置７１の動作と共に説明する。
【００５２】
まず、線引炉７３で光ファイバ母材７２を加熱溶融しながら垂直下方に線引きする。線引きは、第１外径測定器７４ａで光ファイバ裸線１０ｐの外径を測定し、かつ線引炉７３内温度、巻き取り装置７８において張力、線引き速度（巻き取り速度）を制御しながら行う（光ファイバ裸線作製工程）。
【００５３】
そして、光ファイバ裸線１０ｐが仮想温度調整部８１を通過するとき、光ファイバ裸線１０ｐに、パルスレーザ装置８２からパルス信号ｐに応じたパルスレーザ光ＣＬを照射し、局所的に高出力熱エネルギーを周期的に与えることで、コアの仮想温度が１７２０℃〜２０００℃となるよう前記コアの内部に残留応力を付与する（残留応力付与工程）。
【００５４】
本実施形態では、光ファイバ裸線１０ｐに照射するパルスレーザ光ＣＬの焦点を、集光レンズ７２を進出あるいは後退させることで、コア２の軸近傍（コア２を含む）にした。
【００５５】
線引き中の光ファイバ裸線１０ｐへ局所的に高出力熱エネルギーを与えると、光ファイバ裸線１０ｐはその部分にて急激に加熱されて溶融し、軟らかくなる（軟化する）。これに加え光ファイバ裸線１０ｐには、張力が巻き取り装置７８で印加されていることもあり、その溶融した箇所が、ガラスのネットワーク構造で密な状態からやや粗な状態になり、非常に高い仮想温度に対応した構造になると共に、伸びて細くなり、その後、急激に冷却されてガラス状態で固化する。
【００５６】
これにより、コア２の長手方向に沿って、仮想温度増加部Ｕ１が周期的に形成された光ファイバ裸線１０が得られる。その後、ダイス７５、硬化部７６を経て光ファイバ裸線１０の周囲に被覆材料を被覆して（被覆工程）ファイバレーザ用ファイバ１とし、これを巻き取り装置７８で巻き取って製品とする。
【００５７】
第１の実施形態の作用を、図６の光ファイバレーザ６１の動作と共に説明する。
【００５８】
駆動装置により各励起用光源６４を駆動すると、各励起用光源６４から励起光が出射され、光源部６３Ａ，６３Ｂ内の全励起用光源６４からの励起光が各光結合部６６，６６で光結合され、ファイバレーザ用ファイバ１に両側方から励起光Ｌｅがそれぞれ入射される。
【００５９】
入射した励起光Ｌｅは、ファイバレーザ用ファイバ１の内部で増幅され、さらに光反射部６７Ａ，６７Ｂがレーザ共振器の全反射鏡および出力鏡として働くことで、高出力のレーザ発振光Ｌが生成され、ファイバレーザ用ファイバ１の出射端から出力される。
【００６０】
ファイバレーザ用ファイバ１は、コア２の蛍光強度を増加させるべく、コア２の仮想温度が１７２０℃〜２０００℃となるように線引きしている。
【００６１】
ここで図２は、石英に希土類元素を添加したバルクを用いて、レーザ光を照射したときの仮想温度と蛍光温度との関係を示す図である。
【００６２】
図２に示すように、仮想温度が上昇すると蛍光強度も高くなることがわかる。これは希土類元素が添加されたバルクの吸収及び蛍光強度が、希土類元素イオンに配位している酸素六面体の非対称性に依存し、この酸素六面体の構造が乱れる（非対称になる）ほど蛍光強度は高くなるためである。
【００６３】
このことから、ファイバレーザ用ファイバ１は、レーザを照射してコア２の仮想温度を１７２０℃〜２０００℃と高くすることにより、コア２の内部に残留応力が付与され、酸素六面体の非対称性が増加する。その結果、コア２の蛍光強度が高くなると推定される。
【００６４】
したがって、ファイバレーザ用ファイバ１によれば、希土類元素の添加濃度を増加させずに、蛍光強度を増加させる（仮想温度１００℃あたり蛍光強度を５〜１０％増加させる）ことができる。
【００６５】
これにより、ファイバレーザ用ファイバ１では、従来、希土類元素の添加濃度を高くすることに起因して発生していた濃度消光を抑制し、レーザ光の高出力化を効果的に行うことができる。
【００６６】
また、ファイバレーザ用ファイバ１は、希土類元素の添加濃度を高くする必要がないことから、ＦやＢなどの屈折率調整剤を添加して屈折率を制御することが不要、あるいは容易に制御することができる。このため、ファイバレーザ用ファイバ１では、コスト低減や、添加物の減少によってレーザ耐性も向上できる。
【００６７】
第１の実施形態では、仮想温度がコアの長手方向で異なる一例として、コア２の長手方向に沿って、仮想温度増加部Ｕ１が周期的に形成された例で説明したが、例えば、ＣＯ2レーザを連続照射するなどの方法により、希土類元素が添加されたコアの長手方向に沿って、一定の（コアの長手方向にわたり一様である）仮想温度増加部Ｕ２が形成されたものでもよい。図１では、仮想温度増加部Ｕ１，Ｕ２をまとめて仮想温度増加部Ｕとして描いた。
【００６８】
仮想温度がコアの長手方向で異なる例としては、仮想温度１８００℃、仮想温度１５００℃未満、仮想温度１８００℃、仮想温度１５００℃未満、のように１７２０℃〜２０００℃の仮想温度を１つだけ有する場合や、仮想温度１８００℃、仮想温度２０００℃、仮想温度１８００℃、のように１７２０℃〜２０００℃の仮想温度の範囲でファイバレーザ用ファイバの長手方向で異ならせる場合などがある。
【００６９】
仮想温度を長手方向で異ならせる方法として、仮想温度がステップ状に変化するように異ならせる場合には、例えば、レーザ光の強度が異なる複数のレーザ装置を多段に配置し、自動制御などで各々のレーザ装置から発振されるレーザ光を切り替えることにより、仮想温度が長手方向で異なるファイバレーザ用ファイバが得られる。
【００７０】
また、仮想温度が連続して（なだらかに）変化するように異ならせる場合には、単体のレーザ装置のレーザ光の強度を徐々に変化させながらレーザ光を照射することにより、実現できる。
【００７１】
コアの仮想温度が長手方向で異なるファイバレーザ用ファイバでは、例えば、光ファイバの先端部分（励起光が入射される部分）の仮想温度を、光ファイバの長手方向の中心部分の仮想温度よりも低くすることで、光ファイバ内で発生する熱を長手方向にわたり均一にすることができる。
【００７２】
これによって、高出力のレーザ光を得るべく、励起光の入力パワーを増加させても、光ファイバ内の熱による光ファイバの断線など、レーザ光の出力を低下させる要因を低減できるため、高出力のレーザ光を得ることができる。
【００７３】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るファイバレーザ用ファイバ（構成は前述したファイバレーザ用ファイバと同じ）は、被覆工程後の光ファイバ素線の長手方向に引張応力を印加することで、コアの所定位置に残留応力を付与し、希土類元素が添加されたコアの仮想温度を１７２０℃〜２０００℃の範囲としたものである。この場合にも、図１のファイバレーザ用ファイバ１と同じ作用、効果が得られる。
【００７４】
被覆工程後の光ファイバ素線の長手方向に印加する引張応力は、０．５ＧＰａ以下にするとよい。０．５ＧＰａよりも大きい引張応力では、光ファイバ素線が断線してしまうおそれがある。
【００７５】
また、被覆工程後の光ファイバ素線の長手方向に引張応力を印加する方法としては、巻き取り装置７８で巻き取られた光ファイバ素線に引張応力を印加する方法がある。
【００７６】
図３に、一般的な方法によって作製した光ファイバ素線の長手方向に、所望の引張応力を印加したときの引張応力と仮想温度との関係を示す。
【００７７】
図３から、引張応力が増加するに従い、仮想温度も上昇することがわかる。このことから、線引きした後、光ファイバ素線の長手方向に引張応力を印加することによっても、ＣＯ2レーザ光を照射した場合と同様、図２に示すような仮想温度と蛍光強度との関係が得られ、Ｙｂ濃度を高くせずとも蛍光強度を増加させることができると推定される。すなわち、光ファイバ素線に引張応力を印加することで、光ファイバ素線の仮想温度を１７２０℃〜２０００℃となる範囲とすることにより、希土類元素の添加濃度を高くすることなく、ファイバレーザ用ファイバの蛍光強度を増加させることができ、実使用上、有効な高出力のレーザ光を得ることができる。
【００７８】
このように、本発明のファイバ用レーザファイバでは、希土類元素が添加されたコアの仮想温度を、線引き中、あるいは線引き後に１７２０℃〜２０００℃とすることにより、希土類元素の添加濃度を増加させずに、高出力のレーザ光が得られる。
【００７９】
また、希土類元素が添加されたコアの仮想温度を、反射励振によるファイバレーザ用ファイバの長手方向に沿った温度分布を平坦化すべく、その吸収特性を光ファイバの長手方向において制御して異ならせてもよい。
【００８０】
例えば、本実施形態に係るファイバレーザ用ファイバを図６の光ファイバレーザ６１に用いる場合には、中央部の仮想温度を高く、両端部の仮想温度を低くすることで、フラットな温度分布を実現できる。
【００８１】
希土類元素が添加されたコアの仮想温度を１７２０℃〜２０００℃にする、あるいはこれと同等にするために、第１、第２の実施形態の他にも、例えば、紡糸速度（線引き速度）を従来よりも速くして線引きしたり、急冷したりしてもよい。
【００８２】
前述した仮想温度は、製品化後のファイバレーザ用ファイバ１から直接測定することはできないが、仮想温度Ｔｆと、光ファイバの非対称伸縮振動モードにおける赤外反射ピークνｐとは、下式（１）
Ｔｆ＝１６０６９４−１４２．０７νｐ        （１）
の関係がある。
【００８３】
コア２の内部に残留応力を線引き中、あるいは線引き後に所望の手段により付与することで、コア２の内部に存在する希土類元素イオンに配位している酸素六面体の非対称性が変化（増加）するため、コア２の赤外反射ピークも変化する。
【００８４】
このため、製造後のファイバレーザ用ファイバ１のコア２の赤外反射ピークを赤外分光法により測定することで、コア２の仮想温度が変化している（仮想温度が１７２０℃〜２０００℃である）ことが確認できる。
【００８５】
前記の各実施の形態において、希土類元素が添加されたコアとクラッドとでＰＣＦを構成するように、希土類元素が添加されたコアの周囲となる内側クラッドに、ファイバレーザ用ファイバの長手方向に沿って複数の空孔をハニカム状に形成しても、同様の作用、効果が得られる。
【００８６】
図６の光ファイバレーザ６１では、両側から励起光Ｌｅを入射させる例で説明したが、ファイバレーザ用ファイバ１は、一般に使用される片側からのみ励起光を入射する光ファイバレーザにも利用できる。
【００８７】
また、コアの仮想温度を線引き中、あるいは線引き後のいずれかにおいて１７２０℃〜２０００℃としたが、コアの仮想温度を線引き中に変化させた後、線引き後に引張応力をさらに加えることにより１７２０℃〜２０００℃としてもよい。
【実施例】
【００８８】
希土類元素としてＹｂが添加された石英材料を用いたコアの周囲に、純粋石英からなるクラッドを有するファイバレーザ用ファイバ（Ｙｂドープ光ファイバ）１について、光ファイバ母材７２を一般的な線引き方法によって線引きする際、線引き途中（紫外線硬化樹脂からなる被膜が形成される前）に、表１に示す条件でＣＯ2レーザ光を光ファイバ裸線１０ｐに照射して、Ｙｂドープ光ファイバ（試料１〜３）を作製した。Ｙｂドープ量は、試料１が５００ｐｐｍ、試料２が４００ｐｐｍ、試料３が３００ｐｐｍである。線引き速度は１００ｍ／ｍｉｎとした。なお、表１における照射間隔とは、ＣＯ2レーザ光を光ファイバ裸線１０ｐに連続して照射した長さを表したものである。
【００８９】
【表１】
2010103223.tif 000003
【００９０】
作製した試料１〜３のＹｂドープ光ファイバについて、非対称伸縮振動モードにおける赤外反射ピークを測定した。この測定結果を図４に示す。
【００９１】
図４に示す通り、ＣＯ2レーザ光を照射した部分では、ＣＯ2レーザ光を照射していない部分と比較して赤外反射ピークが減少していることがわかる。ここで、前記の方法で作製した試料１〜３のＹｂドープ光ファイバについて、前述した式（１）に基づき仮想温度との関係を算出した。この算出結果を図５に示す。
【００９２】
図５に示す通り、ＣＯ2レーザ光を照射した部分では、ＣＯ2レーザ光を照射していない部分と比較して仮想温度が上昇していることがわかる。
【００９３】
図２に示す通り、仮想温度が上昇するに伴い、蛍光強度が増加するという関係から、Ｙｂドープ光ファイバの非対称伸縮振動モードにおける赤外反射ピークを減少させることによって、つまり、Ｙｂドープ光ファイバの仮想温度が上昇することによって、Ｙｂドープ光ファイバの蛍光強度を増加させることができる。仮想温度が１７２０℃〜２０００℃、つまり非対称伸縮振動モードにおける赤外反射ピークが１７２０℃〜２０００℃の仮想温度となる範囲であれば、ファイバレーザ用ファイバとして使用する上で、有効な高出力のレーザ光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の好適な第１の実施形態を示すファイバレーザ用ファイバの概略図である。
【図２】仮想温度と蛍光強度との関係の一例を示す図である。
【図３】光ファイバ素線に加えた引張応力と仮想温度の関係の一例を示す図である。
【図４】実施例におけるファイバレーザ用ファイバの光ファイバ長手方向と赤外反射ピークの関係を示す図である。
【図５】実施例におけるファイバレーザ用ファイバの光ファイバ長手方向と仮想温度の関係を示す図である。
【図６】図１に示したファイバレーザ用ファイバを使用した光ファイバレーザの概略図である。
【図７】図１に示したファイバレーザ用ファイバの製造に用いるファイバレーザ製造装置の概略図である。
【図８】従来のファイバレーザ用ファイバの概略図である。
【符号の説明】
【００９５】
１  ファイバレーザ用ファイバ
２  コア
３  クラッド
Ｌ  レーザ発振光
Ｌｅ  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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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