(57)【要約】【課題】ファイバレーザにおける戻り光による励起光源の破損の発生を抑制する。【解決手段】ファイバレーザは、複数の励起光源からの励起光が光コンバイナ２０の出射端面２２ａを介して光ファイバ３０の入射端面３４に入射すると共に、光ファイバ３０のコア３１ａを入射端面３４に向かってレーザ光が伝播するように構成されている。光コンバイナ２０の出射端面２２ａ及び光ファイバ３０の入射端面３４のうち少なくとも一方には、光ファイバ３０のコア３１ａに対応するように凹部３５が形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の励起光源からの励起光が光コンバイナの出射端面を介して光ファイバの入射端面に入射すると共に、該光ファイバのコアを入射端面に向かってレーザ光が伝播するように構成されたファイバレーザであって、
上記光コンバイナの出射端面及び上記光ファイバの入射端面のうち少なくとも一方には、該光ファイバのコアに対応するように凹部が形成されているファイバレーザ。
【請求項２】
請求項１に記載されたファイバレーザにおいて、
上記凹部の表面が誘電体反射膜で被覆されているファイバレーザ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載されたファイバレーザにおいて、
上記凹部の上記光ファイバのコアに対応する面が該コアの軸方向に対して傾斜した面であるファイバレーザ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載されたファイバレーザにおいて、
上記光ファイバは、コアと、該コアを被覆するように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを被覆するように設けられた第２クラッドと、を有し、該コアに光発振手段が設けられたダブルクラッドファイバであるファイバレーザ。
【請求項５】
複数の励起光源からの励起光を、コアを入射端面に向かってレーザ光が伝播するように構成された光ファイバの入射端面に入射させるファイバレーザ用の光コンバイナであって、
上記光コンバイナの出射端面に上記光ファイバのコアに対応するように凹部が形成されている光コンバイナ。
【請求項６】
複数の励起光源からの励起光が光コンバイナの出射端面を介して入射すると共に、コアを入射端面に向かってレーザ光が伝播するファイバレーザ用の光ファイバであって、
入射端面にコアに対応するように凹部が形成されている光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザ、並びにそれに用いられる光コンバイナ及び光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の励起光源からの励起光が光コンバイナの出射端面を介して光ファイバの入射端面に入射するように構成されたファイバレーザが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６３６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような構成のファイバレーザでは、光ファイバのコアを発振するレーザ光の少なくとも一部がいわゆる戻り光として入射端面から出射し、それによって励起光源が破壊してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の課題は、ファイバレーザにおける戻り光による励起光源の破損の発生を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のファイバレーザは、複数の励起光源からの励起光が光コンバイナの出射端面を介して光ファイバの入射端面に入射すると共に、該光ファイバのコアを入射端面に向かってレーザ光が伝播するように構成されたものであって、上記光コンバイナの出射端面及び上記光ファイバの入射端面のうち少なくとも一方には、該光ファイバのコアに対応するように凹部が形成されている。
【０００７】
本発明の光コンバイナは、複数の励起光源からの励起光を、コアを入射端面に向かってレーザ光が伝播するように構成された光ファイバの入射端面に入射させるファイバレーザ用のものであって、上記光コンバイナの出射端面に上記光ファイバのコアに対応するように凹部が形成されている。
【０００８】
本発明の光ファイバは、複数の励起光源からの励起光が光コンバイナの出射端面を介して入射すると共に、コアを入射端面に向かってレーザ光が伝播するファイバレーザ用のものであって、入射端面にコアに対応するように凹部が形成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光コンバイナの出射端面及び光ファイバの入射端面のうち少なくとも一方には、光ファイバのコアに対応するように凹部が形成されているので、光ファイバのコアを入射端面に向かってレーザ光、つまり、いわゆる戻り光が伝播しても、それが凹部表面で反射等して励起光源への入射が制限され、結果として、戻り光による励起光源の破損の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１に係るファイバレーザの構成を示す図である。
【図２】光コンバイナの出射端面とダブルクラッドファイバの入射端面との間に間隙が設けられ、その間隙にレンズが配置された構成を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１に係るファイバレーザにおける光コンバイナとダブルクラッドファイバとを融着接続した或いは突き合わせ接続した構造を示す要部断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、実施形態２に係るファイバレーザにおける光コンバイナとダブルクラッドファイバとを融着接続した或いは突き合わせ接続した構造を示す要部断面図である。
【図５】実施形態３に係るファイバレーザにおける光コンバイナとダブルクラッドファイバとを融着接続した或いは突き合わせ接続した構造を示す要部断面図である。
【図６】変形例のファイバレーザの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
（実施形態１）
図１は実施形態１に係るファイバレーザＬを示す。
【００１３】
実施形態１に係るファイバレーザＬは、複数の励起光源１０、光コンバイナ２０、及びダブルクラッドファイバ３０を備えている。
【００１４】
励起光源１０としては、例えば、波長１．５μｍ、０．９８μｍ、０．９０μｍ、０．８０μｍ、０．６７μｍなどの光を発するＬＤ（レーザダイオード）等が挙げられる。
【００１５】
光コンバイナ２０は複数の励起用光ファイバ心線２１で構成されている。複数の励起用光ファイバ心線２１のそれぞれは、一端部において、心線先端から被覆層が所定長だけ剥がされて励起用光ファイバが露出しており、光コンバイナ２０は、複数本の励起用光ファイバの一端部が例えば最密状に束ねられると共に溶融一体化した出射端部２２に構成されている。
【００１６】
複数の励起用光ファイバ心線２１のそれぞれは、励起用光ファイバとそれを被覆するように設けられた被覆層とを有する。励起用光ファイバ心線２１は、例えば、心線長が１〜１０ｍ（出射端部２２を含む）、及び心線径が２４０〜２６０μｍである。励起用光ファイバ心線２１の本数は例えば３〜１０本である。
【００１７】
各励起用光ファイバは、例えば石英ガラスで形成されており、ファイバ中心の高屈折率のコアとその周りを被覆するように設けられた低屈折率のクラッドとを有する。各励起用光ファイバは、ゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされて高屈折率化した石英でコアが形成され且つ純粋石英でクラッドが形成されたものであってもよく、また、純粋石英でコアが形成され且つフッ素等がドープされて低屈折率化した石英でクラッドが形成されたものであってもよい。各励起用光ファイバは、一般的には、マルチモードファイバであり、例えば、被覆層が剥がされて露出した部分のファイバ長が０．５〜５ｍｍ、ファイバ径が１２３〜１２７μｍ、及びコア径が８０〜１１５μｍである。なお、複数の励起用光ファイバは、ファイバ径が均一に構成されていてもよく、また、相互に異なって構成されていてもよい。複数の励起用光ファイバは、コア径が均一に構成されていてもよく、また、相互に異なって構成されていてもよい。
【００１８】
被覆層は、例えば、紫外線硬化型樹脂、シリコン樹脂、ナイロン樹脂等で形成されており、単一層で構成されていてもよく、また、複数層で構成されていてもよい。被覆層の層厚さは例えば５５〜６５μｍである。
【００１９】
出射端部２２は、複数本の励起用光ファイバが一体化しており、その中を複数の励起用光ファイバのそれぞれのコアが長さ方向に延び、出射端面２２ａにおいて、複数の励起用光ファイバのコアが露出している。
【００２０】
ダブルクラッドファイバ３０は、ファイバ本体３１とそれを被覆するように設けられた被覆層３２とを有する。ダブルクラッドファイバ３０は、例えば、ファイバ長が３〜４０ｍ、及びファイバ径が３００〜２０００μｍである。
【００２１】
ファイバ本体３１は、ファイバ中心のコア３１ａと、それを被覆するように設けられた第１クラッド３１ｂと、それをさらに覆うように設けられた第２クラッド３１ｃとを有する。
【００２２】
コア３１ａは、例えば、光増幅成分として希土類元素等がドープされた石英で形成されている。希土類元素としては、例えば、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ネオジム（Ｎｄ）等が挙げられる。希土類元素は、単一種がドープされていてもよく、また、複数種がドープされていてもよい。希土類元素のドープ量は例えば１０００〜２００００ｐｐｍである。コア３１ａにはその他にＰｒ（プラセオジウム）等がドープされていてもよい。コア径は例えば２０〜６０μｍである。コア３１ａの第１クラッド３１ｂに対する比屈折率は例えば０．０３〜０．３％である。また、コア３１ａにはファイバグレーティング等の光発振手段３３が設けられている。
【００２３】
第１クラッド３１ｂは、コア３１ａよりも低屈折率であり、例えば純粋石英で形成されている。第１クラッド３１ｂの外径は例えば１２５〜６００μｍである。
【００２４】
第２クラッド３１ｃは、第１クラッド３１ｂよりもさらに低屈折率であり、例えば、低屈折樹脂等で形成されていてもよく、純粋石英に、各々、コア３１ａに沿って延びる細孔がコア３１ａを囲うように配設された構造であってもよい。第２クラッド３１ｃの外径は例えば１５０〜６５０μｍである。第２クラッド３１ｃの第１クラッド３１ｂに対する比屈折率差は例えば３〜１０％である。
【００２５】
被覆層３２は、例えば、低屈折シリコーン樹脂、フッ素樹脂等で形成されている。被覆層３２は、単一層で構成されていてもよく、また、複数層を積層して構成されていてもよい。被覆層３２の厚さは例えば６０〜６００μｍである。
【００２６】
そして、実施形態１に係るファイバレーザＬでは、光コンバイナ２０から延びる複数の光ファイバ心線２１のそれぞれの心線端に励起光源１０が接続されており、光コンバイナ２０及びダブルクラッドファイバ３０は、励起光源１０からの励起光が前者の出射端面２２ａから後者の入射端面３４の第１クラッド３１ｂに入射するように配置されている。光コンバイナ２０及びダブルクラッドファイバ３０は、前者の出射端面２２ａと後者の入射端面３４とが融着接続されていてもよく、また、前者の出射端面２２ａと後者の入射端面３４とが機械的に突き合わせ接続されていてもよく、さらに、図２に示すように、前者の出射端面２２ａと後者の入射端面３４との間に間隙が設けられ、その間隙にレンズ４０が配置された構成であってもよい。
【００２７】
以上の構成の実施形態１に係るファイバレーザＬは、複数の励起光源１０のそれぞれから励起光を発し、光コンバイナ２０によりそれらの励起光をまとめてダブルクラッドファイバ３０の第２クラッド３１ｃで囲われた部分であるコア３１ａ及び第１クラッド３１ｂに入射する。このとき、コア３１ａに入射する励起光は、一部がファイバグレーティングなどの光発振手段３３によってコア３１ａ内を発振し、また、光増幅成分の希土類元素を基底状態から励起状態にする。そして、希土類元素が励起状態から基底状態に戻る際の誘導放出により、光を見掛けの上で増幅してレーザ光とし、光発振手段３３を透過する一部分をダブルクラッドファイバ３０の出射端面２２ａから出射する。
【００２８】
図３（ａ）〜（ｃ）は実施形態１に係るファイバレーザＬにおける光コンバイナ２０とダブルクラッドファイバ３０とを融着接続した或いは突き合わせ接続した構造を示す。
【００２９】
この実施形態１に係るファイバレーザＬでは、ダブルクラッドファイバ３０の入射端面３４に、コア３１ａに対応するように凹部３５が形成されている。上記の通り、レーザ光の光発振手段３３を透過する一部分はダブルクラッドファイバ３０の出射端面２２ａから出射されるが、レーザ光の光発振手段３３を透過する他の一部分はダブルクラッドファイバ３０のコア３１ａを入射端面３４に向かって伝播する。かかるレーザ光が光コンバイナ２０を介して励起光源１０に入射されると、励起光源１０の破壊を招く虞があるが、実施形態１に係るファイバレーザＬによれば、ダブルクラッドファイバ３０の入射端面３４に、ダブルクラッドファイバ３０のコア３１ａに対応するように凹部３５が形成されているので、ダブルクラッドファイバ３０のコア３１ａを入射端面３４に向かってレーザ光、つまり、いわゆる戻り光が伝播しても、それが凹部３５の表面で反射等して励起光源１０への入射が制限され、結果として、戻り光による励起光源１０の破損の発生を抑制することができる。
【００３０】
凹部３５の大きさは、コア３１ａの一部分に対応するように設けられていてもよく、また、コア３１ａの全体に対応するように設けられていてもよい。但し、励起光源１０への戻り光の入射をより効果的に規制する観点からは後者が好ましい。凹部３５の深さは例えば５〜６０μｍである。
【００３１】
凹部３５の形状としては、例えば、図３（ａ）に示すような楔形形状であってもよく、また、図３（ｂ）に示すような円錐型形状であってもよく、さらに、図３（ｃ）に示すような略半楕円球状であってもよい。但し、コア３１ａ中心の光強度が最も強くなるので、それを効果的に反射するという観点から、凹部３５のダブルクラッドファイバ３０のコア３１ａに対応する面がコア３１ａの軸方向に対して傾斜した面であることが好ましく、具体的には、図３（ａ）に示すような楔形形状が好ましい。この場合、コア３１ａの軸方向に対して傾斜した面の傾斜角度θは３０〜６０°であることが好ましい。例えば、コア３１ａの屈折率が１．４６であるとすると、ｓｉｎθ＝１／１．４６であるθ＝４３．２°であるので、これより傾斜角度が大きければ、殆ど全ての戻り光がダブルクラッドファイバ３０側に反射されることとなる。
【００３２】
凹部３５は、ダブルクラッドファイバ３０の入射端面３４を鏡面研磨した後、マイクロバイト等による機械加工やフッ酸溶液を用いた選択的なエッチング加工することにより形成することができる。
【００３３】
凹部３５の表面は反射膜３６で被覆されていることが好ましい。これにより、より効果的に戻り光を反射させることができる。反射膜３６としては、例えば、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ）膜、硫化亜鉛（ＺｎＳ）膜、酸化珪素（ＳｉＯ２）膜などの誘電体膜や金属膜等が挙げられる。反射膜３６の透過率は０〜１０％であることが好ましく、０〜１％であることがより好ましい。反射膜３６の膜厚は例えば０．５〜１０μｍである。凹部３５の表面への反射膜３６の形成は、例えば、スパッタリング等による成膜の後に研磨により不要部分を除去することにより行うことができる。
【００３４】
（実施形態２）
図４（ａ）〜（ｃ）は実施形態２に係るファイバレーザＬにおける光コンバイナ２０とダブルクラッドファイバ３０とを融着接続した或いは突き合わせ接続した構造を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は実施形態１と同一符号で示す。
【００３５】
この実施形態２に係るファイバレーザＬでは、光コンバイナ２０の出射端面２２ａに、ダブルクラッドファイバ３０のコア３１ａに対応するように凹部２３が形成されている。実施形態１での記載の通り、レーザ光の光発振手段３３を透過する一部分はダブルクラッドファイバ３０の出射端面２２ａから出射されるが、レーザ光の光発振手段３３を透過する他の一部分はダブルクラッドファイバ３０のコア３１ａを入射端面３４に向かって伝播する。かかるレーザ光が光コンバイナ２０を介して励起光源１０に入射されると、励起光源１０の破壊を招く虞があるが、実施形態２に係るファイバレーザＬによれば、光コンバイナ２０の出射端面２２ａに、ダブルクラッドファイバ３０のコア３１ａに対応するように凹部２３が形成されているので、いわゆる戻り光がダブルクラッドファイバ３０のコア３１ａを伝播して入射端面３４から出射しても、それが光コンバイナ２０の凹部２３の表面で反射等して励起光源１０への入射が制限され、結果として、戻り光による励起光源１０の破損の発生を抑制することができる。
【００３６】
凹部２３の大きさは、コア３１ａの一部分に対応するように設けられていてもよく、また、コア３１ａの全体に対応するように設けられていてもよい。但し、励起光源１０への戻り光の入射をより効果的に規制する観点からは後者が好ましい。凹部２３の深さは例えば５〜６０μｍである。
【００３７】
凹部２３の形状としては、例えば、図４（ａ）に示すような楔形形状であってもよく、また、図４（ｂ）に示すような円錐型形状であってもよく、さらに、図４（ｃ）に示すような略半楕円球状であってもよい。但し、コア３１ａ中心の光強度が最も強くなるので、それを効果的に反射するという観点から、凹部２３のダブルクラッドファイバ３０のコア３１ａに対応する面がコア３１ａの軸方向に対して傾斜した面であることが好ましく、具体的には、図４（ａ）に示すような楔形形状が好ましい。この場合、戻り光が空間から凹部２３の表面に入射するため、全反射することはないが、光コンバイナ２０の出射端面２２ａにおける開口数（ＮＡ）以上となる傾斜角度が好ましく、コア３１ａの軸方向に対して傾斜した面の傾斜角度θは１０〜３０°であることが好ましい。例えば、光コンバイナ２０の出射端面２２ａにおける開口数（ＮＡ）が０．５及び光コンバイナ２０の出射端面２２ａ部分の屈折率が１．４５６であるとすると、０．５＝１．４５６×ｓｉｎθであるθ＝２０．１°であるので、これより傾斜角度が大きければ、殆ど全ての戻り光が光コンバイナ２０の外部に放出されることとなる。
【００３８】
凹部２３は、ダブルクラッドファイバ３０の入射端面３４を鏡面研磨した後、マイクロバイト等による機械加工やフッ酸溶液を用いた選択的なエッチング加工することにより形成することができる。
【００３９】
凹部２３の表面は反射膜２４で被覆されていることが好ましい。これによりより効果的に戻り光の光コンバイナ２０への入射を規制することができる。反射膜２４としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ）膜、硫化亜鉛（ＺｎＳ）膜、酸化珪素（ＳｉＯ２）膜などの誘電体膜や金属膜等が挙げられる。反射膜２４の透過率は０〜１０％であることが好ましく、０〜１％であることがより好ましい。反射膜２４の膜厚は例えば０．２〜１０μｍである。凹部２３の表面への反射膜２４の形成は、例えば、スパッタリング等による成膜の後に研磨により不要部分を除去することにより行うことができる。
【００４０】
その他の構成、及び作用効果は実施形態１と同一である。
【００４１】
（実施形態３）
図５は実施形態３に係るファイバレーザＬにおける光コンバイナ２０とダブルクラッドファイバ３０とを融着接続した或いは突き合わせ接続した構造を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は実施形態１と同一符号で示す。
【００４２】
実施形態３に係るファイバレーザＬでは、ダブルクラッドファイバ３０及び光コンバイナ２０の両方に凹部２３，３５が設けられているので、これら両方の凹部２３，３５による戻り光の励起光源１０への入射規制効果を得ることができる。
【００４３】
その他の構成、及び作用効果は実施形態１と同一である。
【００４４】
（その他の実施形態）
上記実施形態１〜３では、光コンバイナ２０からダブルクラッドファイバ３０に励起光を入射する構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、図６に示すように、それらの間に他のダブルクラッドファイバ等の他の光ファイバ５０が介設された構成であってもよく、その他の光ファイバ５０の入射端面５１に凹部が形成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、ファイバレーザ、並びにそれに用いられる光コンバイナ及び光ファイバについて有用である。
【符号の説明】
【００４６】
Ｌ  ファイバレーザ
１０  励起光源
２０  光コンバイナ
２１  励起用光ファイバ心線
２２  出射端部
２２ａ  出射端面
２３，３５  凹部
２４，３６  反射膜
３０  ダブルクラッドファイバ
３１  ファイバ本体
３１ａ  コア
３１ｂ  第１クラッド
３１ｃ  第２クラッド
３２  被覆層
３３  光発振手段
３４，５１  入射端面
４０  レンズ
５０  他の光ファイバ
【図１】
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【図２】
2010262993.tif 000004
【図３】
2010262993.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2010262993.tif 000008