(57)【要約】【課題】光ファイバの長さ方向の所定範囲において、光ファイバの長さ方向に略均一に外側に漏れ出す光ファイバ構造を備えるファイバレーザ装置を提供すること。【解決手段】少なくとも一つのレーザダイオードモジュール２２からのレーザ光によってレーザ発振するファイバレーザ発振器１７を備えたファイバレーザ装置１６であって、少なくとも２本の入力側光ファイバ３を一つの出力端６を備えた１本の出力側光ファイバ４に接続したコンバイナ２と、出力側光ファイバ４の出力端６といずれか１本の入力側光ファイバ３の入力端５とを接続する両端接続用光ファイバ７と、によって形成されたループ状光ファイバ１を備え、両端接続用光ファイバ７は、出力端６に接続される側から入力端５に接続される側に向かって、両端接続用光ファイバ７の開口数、コア径、モードフィールド径の値の少なくとも一つが次第に減少していく光漏洩手段を備える。【選択図】図１
2019175886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのレーザダイオードモジュールからのレーザ光によって励起されてレーザ発振するファイバレーザ発振器を備えたファイバレーザ装置であって、
それぞれ入力端を備えた少なくとも２本の入力側光ファイバを一つの出力端を備えた１本の出力側光ファイバに接続したコンバイナと、前記コンバイナの前記出力側光ファイバの前記出力端と複数の前記入力側光ファイバのうちのいずれか１本の前記入力側光ファイバの入力端とを接続する両端接続用光ファイバと、によって形成されたループ状光ファイバを備え、
前記両端接続用光ファイバは、前記出力側光ファイバの前記出力端に接続される側から前記入力側光ファイバの前記入力端に接続される側に向かって、前記両端接続用光ファイバの開口数、コア径、モードフィールド径の値のうちの少なくとも一つの値が次第に減少していくように構成される光漏洩手段を備える、ファイバレーザ装置。
【請求項２】
前記ループ状光ファイバには、前記光漏洩手段以外に、前記ループ状光ファイバ内を伝播する光を前記ループ状光ファイバから取り出す光取出し手段及び光分岐手段が設けられていない、請求項１に記載のファイバレーザ装置。
【請求項３】
前記コンバイナは、（前記入力側光ファイバの束の全体の径）×（前記入力側光ファイバの開口数）≦（前記出力側光ファイバのコア径）×（前記出力側光ファイバの開口数）の関係を満たす、請求項１又は２に記載のファイバレーザ装置。
【請求項４】
前記ループ状光ファイバは、前記出力側光ファイバと前記両端接続用光ファイバとが接続されている位置における前記出力側光ファイバの開口数、コア径、モードフィールド径をそれぞれ、ＮＡ１，Ｄ１，ＭＦＤ１で表し、前記出力側光ファイバと前記両端接続用光ファイバとが接続されている位置における前記両端接続用光ファイバの開口数、コア径、モードフィールド径をそれぞれＮＡ２，Ｄ２，ＭＦＤ２で表した場合に、ＮＡ１≦ＮＡ２，Ｄ１≦Ｄ２，ＭＦＤ１≦ＭＦＤ２の３つの関係式が含まれる第１関係式グループと、前記両端接続用光ファイバと前記入力側光ファイバとが接続されている位置における前記両端接続用光ファイバの開口数、コア径、モードフィールド径をそれぞれＮＡ３，Ｄ３，ＭＦＤ３で表し、前記両端接続用光ファイバと前記入力側光ファイバとが接続されている位置における前記入力側光ファイバの開口数、コア径、モードフィールド径をそれぞれＮＡ４，Ｄ４，ＭＦＤ４で表した場合に、ＮＡ３≦ＮＡ４，Ｄ３≦Ｄ４，ＭＦＤ３≦ＭＦＤ４の３つの関係式が含まれる第２関係式グループと、において、前記第１関係式グループと前記第２関係式グループとに含まれる全ての関係式が成り立つように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項５】
前記ループ状光ファイバは、複数のループを形成している、請求項１〜４のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項６】
前記コンバイナの前記入力側光ファイバの本数は、前記入力側光ファイバを六方最密構造に束ねた時に、束の断面外形が円に近似した形状になる本数である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項７】
前記ループ状光ファイバが、前記ファイバレーザ発振器の信号光用光ファイバからの出力レーザ光と逆方向に伝播し、高反射ファイバブラッググレーティングを透過してきた戻り光を消去させるための戻り光消去モジュールに適用されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項８】
前記ループ状光ファイバの少なくとも一部が、放熱手段に熱的に接続される熱伝導部材に対して、熱的に接続されている、請求項７に記載のファイバレーザ装置。
【請求項９】
前記戻り光消去モジュールと前記高反射ファイバブラッググレーティングとの間の光ファイバから漏れ出す光を検出する光検出手段を有する、請求項７又は８に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１０】
前記ループ状光ファイバが、前記ファイバレーザ発振器の信号光用光ファイバに隣接して平行に延在する側面励起用の励起光用光ファイバに適用されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１１】
隣接して平行に延在する前記励起光用光ファイバと前記信号光用光ファイバとの少なくとも一部が、前記信号光用光ファイバのクラッドより低い屈折率を持つスリーブで覆われている、請求項１０に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１２】
一本の前記信号光用光ファイバに対して複数本の前記励起光用光ファイバが隣接して配置されている、請求項１０又は１１に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１３】
一本の前記信号光用光ファイバに対して複数本の前記励起光用光ファイバが隣接して配置され、複数本の前記励起光用光ファイバのうちの少なくとも１本の前記励起光用光ファイバを伝播する光の方向が、他の前記励起光用光ファイバを伝播する光の方向と逆方向である、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１４】
前記ループ状光ファイバが、前記ファイバレーザ発振器の信号光用光ファイバからの出力レーザ光と逆方向に伝播し、高反射ファイバブラッググレーティングを透過してきた戻り光を消去させるための戻り光消去モジュールと、前記ファイバレーザ発振器の信号光用光ファイバに隣接して平行に延在する側面励起用の励起光用光ファイバと、の両方に適用されている、請求項１〜６のいずれか１項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、ファイバレーザ装置に関する。詳しくは、本発明は、被加工対象物に対して、切断や溶接等の加工を行うための高出力ファイバレーザ装置であって、出力レーザ光と逆方向に光ファイバ内を伝搬する戻り光を再反射や局部的な発熱を伴うことなく熱に変換して完全に消去させる構造、及び／又は、ファイバレーザ発振器を発振させるための励起光を、増幅用光ファイバにおける発熱が略均一になるように、信号光用光ファイバのコアに均一に吸収させる励起構造、を備えたファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ファイバレーザ装置では、ファイバレーザ発振器等に損傷を与える可能性のある被加工対象物等からの反射光や、ファイバレーザ装置のレーザ出力を制限する誘導ラマン散乱（ＳＲＳ：Stimulated Raman Scattering）等の非線形誘導散乱によるストークス光（散乱光）のように、光ファイバを出力レーザ光と逆方向に伝播してくる戻り光に対しては、戻り光減衰部において光ファイバを軸ずれ融着することによって、融着部での損失により戻り光を熱に変換する等の方法が採られている。しかし、この方法では、戻り光は融着部で局部的に損失するため、融着部の温度が局部的に上昇する、融着部を何箇所も設ける必要がある、各融着部での熱の発生を同程度に制御することが困難であり、特定の融着部の温度が上昇する場合がある、戻り光が戻り光減衰部内の光ファイバの末端で反射してファイバレーザ発振器の方に戻ってくる可能性がある、等の問題がある。
【０００３】
一方、ファイバレーザ発振器における励起構造については、励起光（ポンプ光）が、ファイバレーザ発振器の信号光用光ファイバのＹｂ等の希土類元素が添加されたコアに充分に吸収されるように、増幅用光ファイバを長くすると、ＳＲＳ等の非線形誘導散乱が発生し、ストークス光が増加してレーザ光出力を飽和させ、高出力動作限界を招く。増幅用光ファイバを短くするとＳＲＳ等の非線形誘導散乱の発生は抑制されるが、励起光が信号光用光ファイバのコアに充分吸収されず、励起光の吸収率が低下してレーザ発光効率が低下する。また、増幅用光ファイバを短くし過ぎると、信号光用光ファイバのコアへの励起光の吸収に伴う単位長さ当たりの発熱量が増すため、温度上昇による動作限界を迎えるという問題もある。このため、信号光用光ファイバのコアへの励起光の吸収量を光ファイバの長さ方向にできるだけ均一にして、増幅用光ファイバの温度を均一に保つことが必要である。
【０００４】
励起光を循環させて、増幅用光ファイバが短くても励起光を有効利用できるようにしようとする構造も提案されているが、光ファイバを使用して励起光を循環させていないため、光ファイバの長所である可撓性が失わる構造であったり、励起光が循環中に励起に利用されずに損失を伴う構造であったりして、製造技術等の面でも実用的な構造は提案されていない。また、従来、励起光の信号光用光ファイバのコアに吸収される励起光量が光ファイバの長さ方向に均一になるように制御する励起構造は提案されていない。
【０００５】
従来のファイバレーザ装置の戻り光減衰部では、光ファイバを軸ずれ融着することによって、融着部での損失により戻り光を熱に変換する等の方法が採られている。
例えば、特許文献１には、レーザ発振器における増幅媒質に増幅用光ファイバを用いてレーザ光を発生させる光ファイバレーザ装置が開示されている。この光ファイバレーザ装置は、レーザ光を外部へ射出する出力用光ファイバと、少なくとも前記出力用光ファイバを前記レーザ光とは逆方向に伝播する戻り光を減衰処理する戻り光減衰部と、前記戻り光減衰部に設けられ、前記戻り光を熱に変換する熱変換手段と、前記熱変換手段の発熱に起因する前記戻り光減衰部の温度上昇を測定する温度監視手段と、前記温度監視手段が測定した温度が所定の閾値以上に達した場合に、前記レーザ光の出力を低下又は停止する制御部と、を備える。また、特許文献１は、前記熱変換手段が、前記戻り光減衰部における光ファイバを軸ずれ融着することによって構成されている光ファイバレーザ装置についても開示している。この光ファイバレーザ装置の場合、軸ずれ融着部での損失によって戻り光を減衰させて熱に変換しているので、前述のように、軸ずれ融着部の温度が局部的に上昇して戻り光減衰部が損傷を受ける可能性がある。また、軸ずれ融着による損失の大きさは軸ずれの度合いの僅かな差によって異なるため、減衰量を精度良く制御するのが困難である。このため、この光ファイバレーザ装置では、戻り光を充分減衰させるために、光ファイバに直列に複数の軸ずれ融着部を設ける必要があり、製造コストがかかるという問題もある。
【０００６】
更に、特許文献１は、前記熱変換手段が、前記戻り光減衰部に設けられた光ファイバの末端から射出された前記戻り光が照射される熱伝導体の照射面で構成されている光ファイバレーザ装置も開示しており、軸ずれ融着だけでは戻り光が充分減衰せず、光減衰部に設けられた光ファイバの末端まで到達することを示唆している。従って、特許文献１は、光減衰部に設けられた光ファイバの末端に到達した戻り光が、光ファイバの末端で再反射して、ファイバレーザ発振器の方に戻ってくる可能性があることを示していることになる。このように、特許文献１に開示されている戻り光減衰部は、戻り光減衰部に設けられた光ファイバの略全長に亘って略均一に戻り光を熱に変換でき、戻り光が再反射で確実に戻って来ない構造にはなっていない。
【０００７】
また、従来から、ファイバレーザ装置においては、励起光を信号光用光ファイバのコアに効率良く吸収させるために、種々の端面励起（エンドポンピング）構造や側面励起（サイドポンピング）構造が開発されてきたが、ＳＲＳを含む光学非線形性の発生によって高出力化が制限される場合も少なくない。ＳＲＳの発生によりストークス光が増加し、また、そのストークス光の増加に相当する分だけレーザ光出力が減少する。光学非線形性閾値を高めるためには、信号光用光ファイバのコア径を大きくし、ＮＡ（開口数）を小さくし、非線形相互作用の実効長を短くすることが有効である。しかし、コア径の拡大は、出力レーザビームの品質に悪影響を及ぼす高次モード数の増加を招く。ＮＡを小さくするためには、コアとクラッドの屈折率差を小さくする必要があるが、屈折率差の小さい高品質ファイバの製造は困難であり、また、曲げ荷重に敏感になり、ファイバの曲げ損失やマイクロベンド起因のモード結合によるビーム品質の悪化も問題になってくる。一方、非線形相互作用の実効長は、ファイバの長さに依存するが、ファイバ長が長くなるに従い、急激にストークス光が増加する。ストークス光は、ＳＲＳの発生により、デリバリファイバ内のみならずファイバレーザ共振器部も含めたファイバ全長にわたって増加する。デリバリファイバについては、加工セットアップの自由度の点から必要な長さが決まってくるので、光学非線形性の発生を抑える意味では、増幅用光ファイバはできれば短くすることが望ましいことになる。但し、増幅用光ファイバを短くし過ぎると、単位長さ当たりの発熱量が増すため、温度上昇による動作限界を迎えるということと、励起光が信号光用光ファイバのコアに充分吸収されなくなるということと、が問題になる。従って、前述のように、信号光用光ファイバのコアに吸収される励起光量を光ファイバの長さ方向にできるだけ均一にして、増幅用光ファイバの温度を均一に保つことが必要である。
【０００８】
前述の端面励起の場合、増幅用光ファイバは２重のクラッドを備え、励起光は、非回転対称形状の内側クラッドをモードミキシングされながら伝播する間に、コアにドープされたＹｂ等の希土類イオンに吸収されて励起が行われる。モードミキシングが理想的に行われた場合、励起光の実効的な吸収係数は、コアの吸収係数×（コア径／クラッド径）２であり、増幅用光ファイバは実効吸収係数の逆数程度が必要である。しかし、実際の内側クラッド内でのモードミキシングが完全でない場合は、ＮＡの大きい励起光が増幅用光ファイバの前半で上記の吸収係数で吸収された後は、ＮＡの小さい励起光が、上記の吸収係数より小さな吸収係数で伝播することになる。従って、励起光を十分吸収させるためには、ファイバ長は長くせざるを得ない。しかし、ファイバ長を伸ばすことによる励起光吸収増加の効果は限られており、励起光がコアに充分吸収されない場合も発生する。
【０００９】
また、前述のように、ＳＲＳのような非線形誘導散乱が発生する可能性を低減するためには、増幅用光ファイバを短くすることが望ましい。そのためには、励起光の吸収係数を大きくすることが必要である。コアの吸収係数を大きくするためには、コアへのＹｂ等の希土類元素の高添加濃度化や、コア径／クラッド径のアスペクト比の低減が有効である。しかし、励起光の吸収係数が上がったからといって、増幅用光ファイバを短くし過ぎると、前述のように、単位長さ当たりの発熱量が増して温度上昇による動作限界を迎えるため、注入できる励起光パワーが制限される。しかも、コアの吸収係数を大きくするために、Ｙｂ等の希土類元素の添加濃度を高くすると、単位長さ当たりの励起光吸収量が大きくなり、励起に伴って発生する単位長さ当たりの発熱量も増加して、小さい励起光パワーでも温度上昇による動作限界を迎えるようになることも考慮が必要である。このように、増幅用光ファイバについては、さまざまな要因を考慮した最適設計が必要である。
【００１０】
ただ、どのような場合であっても、増幅用光ファイバの単位長さ当たりに吸収される励起光量に不均一があると、励起光を十分吸収するために必要な増幅用光ファイバ長が長くなる。このため、ＳＲＳのような非線形誘導散乱が発生する可能性は高くなる、励起光を十分吸収できなくなる、という問題と共に、単位長さ当たりの発熱量も不均一になるので、最も高温になる部分の温度上昇によって、注入できる励起光パワーが制限されるということが問題になる。従って、増幅用光ファイバの単位長さ当たりに吸収される励起光量をできるだけ均一にすることは非常に重要である。しかし、端面励起の場合、前述のように、励起光入力側に近いほど吸収される励起光量が大きく、吸収に伴い発生する発熱量も多いので、ファイバ長さ方向に発熱量の不均一が生じている。
【００１１】
前述の側面励起の場合でも、類似の問題がある。例えば、励起光用光ファイバと信号光用光ファイバとが略密接して平行に延伸した構造の側面励起構造では、増幅用光ファイバが比較的短くなってくると、励起光用光ファイバを伝播する励起光の一部が信号光用光ファイバに移らず、励起に利用されないため、励起光のコアへの吸収率が低下するという問題がある。また、励起光の励起光用光ファイバから信号光用光ファイバへの励起光の伝播が増幅用光ファイバの長さ方向に均一になる仕組みがないと、端面励起の場合と同じように、増幅用光ファイバの長さ方向に、吸収される励起光量の不均一、発熱量の不均一が生じるようになる。
【００１２】
例えば、特許文献２には、長手方向のファイバ軸に沿って延びる光ファイバが開示されている。この光ファイバは、前記ファイバ軸に沿って集中した少なくとも一つのクラッディングと、前記一つのクラッディングと同軸であり且つ前記一つのクラッディングによって包囲される細長いマルチモード（ＭＭ）コアと、を備え、前記マルチモードコアが、実質的に基本モードのみの励起及び歪みのないガイダンスを提供するように二重のボトルネックをもつ形状にされた断面をもつように構成される。また、特許文献２は、以下の入力及び出力モード変換部領域と、中央領域と、入力端領域と、出力端領域と、を含む光ファイバを開示している。入力及び出力モード変換部領域は、前記ＭＭの前記二重のボトルネックをもつ形状にされた断面が、前記変換部領域が比較的小さい端と比較的大きい端を各々有するように、互いから軸方向に離間され且つ円錐台形に形状設定された断面を各々有する。中央領域は、前記入力及び出力変換部領域のそれぞれの大きい端にブリッジをかける一様な寸法に形成されている。入力端領域は、前記入力変換部領域の小さい端の中に走る一様な寸法に形成され、前記入力端領域に打ち出される単一モード入力ビームに応答して、その中で実質的に基本モードのみが励起されるように構成される。出力端領域は、実質的に前記基本モードで放射を出力するように、前記出力変換部から延び、且つ前記出力変換部から前記基本モードを受信する、一様な寸法に形成されている。そして、この光ファイバは、前記ＭＭコアが、中央に位置付けられた凹部を有するステップ型屈折率プロフィールをもつように構成され、前記入力端領域における前記単一モード入力ビーム及び前記基本モードが、それぞれのモードフィールド直径が互いに実質的に整合するように形状設定されるそれぞれの実質的にガウス強度プロフィールを有している。この光ファイバは、二重のボトルネックの形状にすることと、中央に凹部を有するステップ型屈折率プロフィールにすることによって、高次モードの励起や増幅を抑制しながら、両ボトルネックの中央部分のマルチモードコアの径を大きくすることで、非線形性に対する閾値を高くしている。しかし、特許文献２は、コア径が大きくなることで曲げ負荷に対して敏感になる点に関しては解決策を示していない。また、特許文献２は、側面励起用光ファイバの配置や端面励起技術の構成には言及しているが、励起光がコアに充分吸収されなかったり、増幅用光ファイバの長さ方向で均一に励起光が吸収されず、発熱量が不均一になったりする問題に対する解決策には言及していない。
【００１３】
また、特許文献３には、コア部とクラッド部からなる光ファイバに半導体レーザを用いて側面から所定波長の励起光を入射し、該コア部内のレーザ活性物質を励起して該光ファイバ内で共振させ、該光ファイバの出力端から所望する波長の光を出力するレーザ光源装置が開示されている。このレーザ光源装置は、所定の断面及び前記クラッド部とほぼ等しい屈折率を有し、リング形状に形成された光導波路コアと、前記光導波路コアより低い屈折率を有し、該光導波路コアの周囲を取り囲む光導波路クラッドと、前記リング形状に沿って前記光導波路コア内に一部又は全部を埋め込まれた光ファイバと、前記光導波路コアに等しい屈折率を有し、前記光導波路クラッド内において該光導波路コアに接合され、前記励起光を該光導波路コア内で一定方向に伝搬周回するように導光する少なくとも一つの導光部と、を具備する。このレーザ光源装置は、導光部から導かれた励起光を、光導波路内に効率良く合流させて一定方向にリング形状に沿って伝搬周回させているので、励起光を無駄無く利用でき、高い結合効率が得られるとしている。しかし、励起光を伝播させている媒体が、従来から一般的に使用されている光ファイバでないため、光ファイバに比べて導波路コア内での吸収が大きく、励起光の周回中の吸収による損失が大きい。しかも、励起光を伝播させている媒体は、光ファイバのように可撓性がないため、特に増幅用光ファイバを少し長くしようとすると、光導波路本体が非常に大きくなる等、製造面で問題がある。特許文献３には、信号光用光ファイバの長さについては、少なくともリング光導波路コア内で一周程度の長さの光ファイバを確保できれば良いと記載されているが、高出力レーザ装置を実現しようとすると、前述のように、単位長さ当たりの発熱量が増すため、温度上昇による動作限界を迎えるので、高出力レーザ装置を実現することは不可能な構造である。更に、リング光導波路コアとリング光導波路クラッドの材料として、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＰＣ（ポリカーボネート）、シリコーン、スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）やガラス等が記載されている。しかし、いずれも熱伝導率が低く、信号光用光ファイバで発生した熱が放熱されにくい構造になっていることが、高出力レーザ装置の実現をより不可能にしている。また、特許文献３には、目的の一つに、ファイバ長さ方向に発熱量をほぼ均一にすると記載されている。複数の導光部を設けることによって、ある程度はその目的は果たせると思われるが、導光部から合流する励起光入力に近いほど励起光吸収が多く、吸収に伴い発生する発熱量も多いので、特許文献３は、ファイバ長さ方向に発熱量が不均一になるという問題点にも十分な解決手段を開示していない。前述のように、特許文献３に開示されている構造は、そもそも実際にファイバの発熱が問題になるような高出力ファイバレーザ装置には全く不向きな構造である。
【００１４】
また、特許文献４には、レーザ活性物質を励起するための励起光を発生する励起光源と、前記励起光源から発生された前記励起光を前記レーザ活性物質に入力するための入力体と、前記レーザ活性物質を有し、前記入力体から入力された前記励起光により前記レーザ活性物質が励起され、端部よりレーザ光を出力する光ファイバと、を備えたファイバレーザ装置が開示されている。前記入力体は、一端に前記励起光源からの前記励起光を受光する入射面が形成された柱体を少なくともその一部が円弧を成すように曲げた形状である。前記光ファイバは、前記入力体の外周部に入力体の母線とほぼ平行に巻回され、前記光ファイバの側面の少なくとも一部と前記入力体とが接触している。この接触した部分を通じて前記光ファイバに入力される前記励起光により前記レーザ活性物質が励起される。また、特許文献４には、前記入力体の前記入射面ではない他端が、前記入力体よりも高い屈折率を有する高屈折部材を介して前記入力体の側面に当接するようにし、前記励起光が前記入力体を循環するようにした構造も開示されている。従って、特許文献４は、前述の特許文献２と同様に、励起光を循環させる構造を開示していることになるが、励起光はやはりファイバ内を伝播していない。特許文献４には、励起光を伝播させている入力体としては、直径６ｍｍの石英系ガラス製の円柱体を半径５０ｍｍで円環形状に曲げたものが例示されており、光ファイバのような可撓性は無い構造になっている。しかし、可撓性のない円環形状に曲げた円柱体の表面に、特許文献４に図示されているように複数本の光ファイバを敷設することは、製造技術的に非常に困難であり、実現性の低い構造である。また、このファイバレーザ装置は、入力体の入射面ではない他端が、入力体よりも高い屈折率を有する高屈折部材を介して入力体の側面に当接するようにし、励起光が前記入力体を循環するように構成されているが、屈折率の低い入力体と屈折率の高い高屈折部材との界面では少なからず励起光が反射され、入力体の長さが、例示されているように短いと、反射した励起光が励起光源に戻って励起光源に損傷を与える可能性があるという問題もある。反射光が励起光源に戻ったり、励起光が励起に利用されない割合を減らしたりするためには、入力体の全長を長くすることが考えられる。しかし、入力体には可撓性がないので、入力体の全長を長くすることは、装置の大型化を招く等の問題があり、非現実的である。また、入力体の入射面に近い光ファイバの部分では、励起光吸収が多く、吸収に伴い発生する発熱量も多いので、ファイバ長さ方向に発熱量の不均一が発生する。しかし、特許文献４は、その問題を解決する手段についても言及していない。
【００１５】
また、特許文献５には、活性元素が添加されるコアと、前記活性元素を励起する励起光を伝播するクラッドと、を有する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの長手方向において、互いに非連続である複数のクラッド部分同士が、互いに光学的に結合するように、長手方向に沿って一体化される光結合部と、を備える光学部品が開示されている。この光学部品は、互いに非連続である複数のクラッド部分同士が、互いに光学的に結合することによって増幅用光ファイバのループが形成され、前記特許文献３、４に開示されている構造と類似した形状をしているように見える。しかし、この特許文献５に開示されている構造では、光結合部におけるクラッド部分を伝播する励起光の一部は、クラッド部分を伝播しながら、伝播モードが乱され、スキュー光として光結合部に到達した光が、伝播モードの乱れにより、通常の励起光として光結合部から出射されるようになるので、スキュー光が低減され、増幅用光ファイバで励起光を効率的に吸収することができるとされている。すなわち、特許文献５に開示されている光学部品は、ループ状の増幅用光ファイバに伝播した励起光の少なくとも大部分が、ループ状増幅用光ファイバのループ内を循環するのではなく、ループ状増幅用光ファイバ光結合部から出ている増幅用光ファイバの他端に伝播して行くに構造になっており、ループの存在のために一見類似の構造を備えているように見えるが、機能も構成も、特許文献３、４に開示されている構造と全く異なっている。なお、この特許文献５においても、励起光源に近い程励起光吸収が多く、吸収に伴い発生する発熱量も多いので、ファイバ長さ方向に発熱量が不均一になるが、その問題を解決する手段には言及していない。
【００１６】
なお、上記以外にも、ループ状光ファイバを備えた従来技術が開示されており、例えば、特許文献６のような例がある。特許文献６には、第１の波長を有する光を出力する光源と、非線形導波路と、光分岐素子と、出力部と、光増幅部と、光結合素子と、を有する光源装置が開示されている。前記非線形導波路は、光パラメトリック効果により、前記第１の波長を有する光から、第２の波長を有する光と、第３の波長を有する光と、を含む光を生成する。前記光分岐素子は、前記非線形導波路から出力される、前記第１の波長を有する光と、前記第２の波長を有する光と、前記第３の波長を有する光と、を含む光を波長に応じて分岐する。前記出力部は、前記光分岐素子によって分岐された前記第３の波長を有する光の少なくとも一部を含む光を出力する。前記光増幅部は、前記光分岐素子によって分岐された前記第２の波長を有する光の少なくとも一部を含む光を増幅する。前記光結合素子は、前記光源から出力される前記第１の波長を有する光と、前記光増幅部により増幅された前記第２の波長を有する光と、を含む光を結合して、前記非線形導波路に入力させる。ループ状の光ファイバ内をレーザ光が循環して伝播しているので、上記の特許文献に記載の技術と類似しているように見えるが、ループ内に光を分岐する光分岐素子が設けられていることからも明らかなように、上記の特許文献に記載の技術とは、課題・目的も構成も全く異なる技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】再公表特許第２０１６／００２９４７号公報
【特許文献２】特表２０１３−５０４７８６号公報
【特許文献３】特開２００２−１１１１０１号公報
【特許文献４】特開２００５−２１７１４０号公報
【特許文献５】特開２０１２−２０９４３１号公報
【特許文献６】特開２０１７−８３５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
以上のように、従来のファイバレーザ装置の戻り光減衰部については、戻り光減衰部内の光ファイバの軸ずれ融着等の構造で戻り光を減衰させると、損失の発生する軸ずれ融着部で局部的に発熱して、その部分の温度が上昇し、戻り光減衰部の信頼性が低下する可能性がある。また、軸ずれ融着部で完全に減衰せず、戻り光が戻り光減衰部の光ファイバ端で再反射してファイバレーザ発振器の方に戻り、ファイバレーザ発振器の信頼性を低下させる可能性がある。従って、戻り光減衰部ではなく、入射した戻り光が光ファイバの末端等で再反射して、ファイバレーザ発振器の方に再び戻ることを確実に防止できる戻り光消去モジュールであって、戻り光消去モジュール内の光ファイバの長さ方向の所定範囲から略均一に戻り光が漏れ出して、熱に変換され、戻り光消去モジュール内の光ファイバの所定範囲の光ファイバの単位長さあたりの発熱量が略均一になり、戻り光消去モジュール内の光ファイバの所定範囲の光ファイバの温度も略均一にできる戻り光消去モジュールを備えた信頼性の高いファイバレーザ装置が求められている。
【００１９】
また、従来のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器については、端面励起の場合、励起光入力側に近いほど吸収される励起光量が大きく、吸収に伴い発生する発熱量も多いので、ファイバ長さ方向に発熱量の不均一が生じている。側面励起の場合でも、励起光の励起光用光ファイバから信号光用光ファイバへの励起光の伝播が増幅用光ファイバの長さ方向に均一になる仕組みがないと、端面励起の場合と同じように、増幅用光ファイバの長さ方向で、吸収される励起光量の不均一が発生する。その結果、発熱量の不均一が生じるようになる。増幅用光ファイバの長さ方向に発熱量の不均一が生じると、最も高温になる部分の温度上昇によって注入できる励起光パワーが制限されるという問題がある。また、増幅用光ファイバの長さ方向で、吸収される励起光量の不均一があり、吸収される励起光量の少ない部分があると、注入された励起光の一部が励起に利用されずに失われて、励起光のコアへの吸収率が低下する可能性がある。また、増幅用光ファイバの長さ方向で、吸収される励起光量の不均一があり、吸収される励起光量の少ない部分があると、励起に利用されずに失われる励起光を減らすために、増幅用光ファイバの長さ方向で、吸収される励起光量が均一な場合に比べて、増幅用光ファイバを長くする必要が生じる。その結果、ＳＲＳ等の非線形誘導散乱が発生する可能性が高くなる。従って、増幅用光ファイバの長さ方向に、吸収される励起光量を均一にでき、増幅用光ファイバの長さ方向の発熱量と温度分布も均一になり、温度上昇による動作限界を迎える励起光パワーが高くできると共に、増幅用光ファイバ長を本来必要な長さ以上に長くしなくても、励起に利用されずに失われる励起光を低減できて、励起光のコアへの吸収率が高く、ＳＲＳ等の非線形誘導散乱の発生による高出力動作限界を招き難い励起構造を備えたファイバレーザ発振器を有する高出力高効率ファイバレーザ装置が求められている。
【００２０】
このためには、光ファイバの入力端から光ファイバに入射した光が、光ファイバの長さ方向の所定範囲において、光ファイバの長さ方向に略均一に光ファイバから光ファイバの外側に漏れ出し、入射したレーザ光が反射してきて光ファイバの入力端に戻ってきたり、光ファイバの出力端からレーザ光が漏れ出したりせずに、実質的に光ファイバの長さ方向の前記所定範囲の光ファイバからのみ、光が外部に漏れ出す光ファイバ構造が必要である。
【００２１】
そこで、本発明は、光ファイバの入力端から光ファイバに入射した光が、光ファイバの長さ方向の所定範囲において、光ファイバの長さ方向に略均一に光ファイバから光ファイバの外側に漏れ出し、入射した光が反射してきて光ファイバの入力端に戻ってきたり、光ファイバの入力端以外に出力端があってそこから光が漏れ出したりせずに、実質的に光ファイバの長さ方向の前記所定範囲の光ファイバからのみ光が外部に漏れ出す光ファイバ構造を備えるファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
（１）  本発明に係るファイバレーザ装置は、少なくとも一つのレーザダイオードモジュール（例えば、後述のレーザダイオードモジュール２２）からのレーザ光によって励起されてレーザ発振するファイバレーザ発振器（例えば、後述のファイバレーザ発振器１７）を備えたファイバレーザ装置（例えば、後述のファイバレーザ装置１６）であって、それぞれ入力端（例えば、後述の入力端５）を備えた少なくとも２本の入力側光ファイバ（例えば、後述の入力側光ファイバ３）を一つの出力端（例えば、後述の出力端６）を備えた１本の出力側光ファイバ（例えば、後述の出力側光ファイバ４）に接続したコンバイナ（例えば、後述のコンバイナ２）と、前記コンバイナの前記出力側光ファイバの前記出力端と複数の前記入力側光ファイバのうちのいずれか１本の前記入力側光ファイバの入力端とを接続する両端接続用光ファイバ（例えば、両端接続用光ファイバ７）と、によって形成されたループ状光ファイバ（例えば、後述のループ状光ファイバ１）を備え、前記両端接続用光ファイバは、前記出力側光ファイバの前記出力端に接続される側から前記入力側光ファイバの前記入力端に接続される側に向かって、前記両端接続用光ファイバの開口数、コア径、モードフィールド径の値のうちの少なくとも一つの値が次第に減少していくように構成される光漏洩手段を備える。
【００２３】
（２）  （１）に記載のファイバレーザ装置において、前記ループ状光ファイバには、前記光漏洩手段以外に、前記ループ状光ファイバ内を伝播する光を前記ループ状光ファイバから取り出す光取出し手段及び光分岐手段が設けられていなくてもよい。
【００２４】
（３）  （１）又は（２）に記載のファイバレーザ装置において、前記コンバイナは、（前記入力側光ファイバの束の全体の径）×（前記入力側光ファイバの開口数）≦（前記出力側光ファイバのコア径）×（前記出力側光ファイバの開口数）の関係を満たすものであってよい。
【００２５】
（４）  （１）〜（３）のいずれかに記載のファイバレーザ装置において、前記ループ状光ファイバは、前記出力側光ファイバと前記両端接続用光ファイバとが接続されている位置における前記出力側光ファイバの開口数、コア径、モードフィールド径をそれぞれＮＡ１，Ｄ１，ＭＦＤ１で表し、前記出力側光ファイバと前記両端接続用光ファイバとが接続されている位置における前記両端接続用光ファイバの開口数、コア径、モードフィールド径をそれぞれ、ＮＡ２，Ｄ２，ＭＦＤ２で表した場合に、ＮＡ１≦ＮＡ２，Ｄ１≦Ｄ２，ＭＦＤ１≦ＭＦＤ２の３つの関係式が含まれる第１関係式グループと、前記両端接続用光ファイバと前記入力側光ファイバとが接続されている位置における前記両端接続用光ファイバの開口数、コア径、モードフィールド径をそれぞれＮＡ３，Ｄ３，ＭＦＤ３で表し、前記両端接続用光ファイバと前記入力側光ファイバとが接続されている位置における前記入力側光ファイバの開口数、コア径、モードフィールド径をそれぞれＮＡ４，Ｄ４，ＭＦＤ４で表した場合に、ＮＡ３≦ＮＡ４，Ｄ３≦Ｄ４，ＭＦＤ３≦ＭＦＤ４の３つの関係式が含まれる第２関係式グループと、において、前記第１関係式グループと前記第２関係式グループとに含まれる全ての関係式が成り立つように構成されるものであってよい。
【００２６】
（５）  （１）〜（４）いずれかに記載のファイバレーザ装置において、前記ループ状光ファイバは、複数のループを形成しているものであってよい。
【００２７】
（６）  （１）〜（５）のいずれかに記載のファイバレーザ装置において、前記コンバイナの前記入力側光ファイバの本数は、前記入力側光ファイバを六方最密構造に束ねた時に、束の断面外形が円に近似した形状になる本数であってよい。
【００２８】
（７）  （１）〜（６）のいずれかに記載のファイバレーザ装置において、前記ループ状光ファイバが、前記ファイバレーザ発振器の信号光用光ファイバ（例えば、後述の信号光用光ファイバ３５）からの出力レーザ光と逆方向に伝播し、高反射ファイバブラッググレーティング（例えば、後述の高反射ファイバブラッググレーティング１９）を透過してきた戻り光を消去させるための戻り光消去モジュール（例えば、後述の戻り光消去モジュール２１）に適用されるものであってよい。
【００２９】
（８）  （７）に記載のファイバレーザ装置において、前記ループ状光ファイバの少なくとも一部が、放熱手段に熱的に接続される熱伝導部材（例えば、後述の熱伝導部材２９）に対して、熱的に接続されているものであってよい。
【００３０】
（９）  （７）又は（８）に記載のファイバレーザ装置において、前記戻り光消去モジュールと前記高反射ファイバブラッググレーティングとの間の光ファイバから漏れ出す光を検出する光検出手段（例えば、後述の光検出手段２８）を有するものであってよい。
【００３１】
（１０）  （１）〜（６）のいずれかに記載のファイバレーザ装置において、前記ループ状光ファイバが、前記ファイバレーザ発振器の信号光用光ファイバ（例えば、後述の信号光用光ファイバ３５）に隣接して平行に延在する側面励起用の励起光用光ファイバ（例えば、後述の励起光用光ファイバ３４）に適用されるものであってよい。
【００３２】
（１１）  （１０）に記載のファイバレーザ装置において、隣接して平行に延在する前記励起光用光ファイバと前記信号光用光ファイバとの少なくとも一部が、前記信号光用光ファイバのクラッド（例えば、後述のクラッド１１）より低い屈折率を持つスリーブ（例えば、後述のスリーブ３６）で覆われているものであってよい。
【００３３】
（１２）  （１０）又は（１１）に記載のファイバレーザ装置において、一本の前記信号光用光ファイバに対して複数本の前記励起光用光ファイバが隣接して配置されているものであってよい。
【００３４】
（１３）  （１０）〜（１２）のいずれかに記載のファイバレーザ装置において、一本の前記信号光用光ファイバに対して複数本の前記励起光用光ファイバが隣接して配置され、複数本の前記励起光用光ファイバのうちの少なくとも１本の前記励起光用光ファイバを伝播する光の方向が、他の前記励起光用光ファイバを伝播する光の方向と逆方向であってよい。
【００３５】
（１４）  （１）〜（６）のいずれかに記載のファイバレーザ装置において、前記ループ状光ファイバが、前記ファイバレーザ発振器の信号光用光ファイバ（例えば、後述の信号光用光ファイバ３５）からの出力レーザ光と逆方向に伝播し、高反射ファイバブラッググレーティング（例えば、後述の高反射ファイバブラッググレーティング１９）を透過してきた戻り光を消去させるための戻り光消去モジュール（例えば、後述の戻り光消去モジュール２１）と、前記ファイバレーザ発振器の信号光用光ファイバに隣接して平行に延在する側面励起用の励起光用光ファイバ（例えば、後述の励起光用光ファイバ３４）と、の両方に適用されているものであってよい。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、光ファイバの入力端から光ファイバに入射した光が、光ファイバの長さ方向の所定範囲において、光ファイバの長さ方向に略均一に光ファイバから光ファイバの外側に漏れ出し、入射した光が反射してきて光ファイバの入力端に戻ってきたり、光ファイバの入力端以外に出力端があってそこから光が漏れ出したりせずに、実質的に光ファイバの長さ方向の前記所定範囲の光ファイバからのみ光ファイバから外部に漏れ出す光ファイバ構造を備えるファイバレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器に使用されるループ状光ファイバの模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器に使用されるループ状光ファイバの模式図である。
【図３Ａ】本発明の第３実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器に使用されるループ状光ファイバにおけるコンバイナの７本の入力側光ファイバが束ねられた位置の光ファイバの中心線に垂直な断面模式図である。
【図３Ｂ】本発明の第３実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器に使用されるループ状光ファイバにおけるコンバイナの１９本の入力側光ファイバが束ねられた位置の光ファイバの中心線に垂直な断面模式図である。
【図３Ｃ】有効な入力側光ファイバが２本の場合のループ状光ファイバにおけるコンバイナの入力側光ファイバが束ねられた位置の光ファイバの中心線に垂直な断面模式図である。
【図３Ｄ】有効な入力側光ファイバが２本とダミーファイバが２本の場合のループ状光ファイバにおけるコンバイナの入力側光ファイバが束ねられた位置の光ファイバの中心線に垂直な断面模式図である。
【図４】本発明の第４実施形態のファイバレーザ装置の構成を示す模式図である。
【図５Ａ】本発明の第４実施形態のファイバレーザ装置の戻り光消去モジュールの構造を示す模式図である。
【図５Ｂ】図５Ａ中のＢ−Ｂ線の位置の断面模式図である。
【図６】本発明の第５実施形態のファイバレーザ装置の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第６実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器の構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第６実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器を図７とは反対側から見た場合の模式図である。
【図９Ａ】本発明の第６実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器における側面励起構造の断面模式図である。
【図９Ｂ】本発明の第７実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器における側面励起構造の断面模式図である。
【図１０】本発明の第８実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器の構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の第９実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器の構成を示す模式図である。
【図１２】本発明の第１０実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器の構成を示す模式図である。
【図１３】本発明の第１１実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器と戻り光消去モジュールの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明に係るループ状光ファイバを備えたファイバレーザ装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。各図面において、同じ部材には同じ参照符号を付している。また、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。なお、これらの図面は見易くするために、縮尺を適宜変更している。
また、本明細書において、各光ファイバ同士を接続するという用語は、各光ファイバの端面と端面を融着で接合して、一方の光ファイバから伝搬してきた光が他方の光ファイバに伝播していくように光学的に結合するという意味で使用している。
また、各図において、白抜きの矢印は光線を模式的に表したものである。太い塗り潰しの矢印線は、各光ファイバ内を伝搬する光の平均的な伝播方向を模式的に表している。細い両側矢印線は、範囲を示すための補助線である。また、光ファイバに垂直な太い破線は、光ファイバの融着接続点を示している。
【００３９】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器に使用されるループ状光ファイバの模式図である。図１において、光ファイバ部分については、光ファイバの中心線を含む平面を断面とする断面模式図で示している。図１では、ループ状光ファイバについて説明するため、ファイバレーザ装置やファイバレーザ発振器は省略して図示していない。
【００４０】
図１に示すように、ループ状光ファイバ１は、コンバイナ２と、両端接続用光ファイバ７と、を含んで構成される。コンバイナ２は、それぞれ入力端５を備えた複数の入力側光ファイバ３と、一つの出力端６を備えた１本の出力側光ファイバ４と、を含み、複数の入力側光ファイバ３が１本の出力側光ファイバ４の同一の入力端に結合して接続される構成を有する。本実施形態のコンバイナ２は、２本の入力側光ファイバ３、３を有し、各入力側光ファイバ３、３が１本の出力側光ファイバ４の同一の入力端に結合して接続されることにより、Ｙ型に構成されている。入力側光ファイバ３、３と出力側光ファイバ４との接続部位には、ファイバ・テーパー部１２が設けられている。
【００４１】
両端接続用光ファイバ７は、出力側光ファイバ４の出力端６と、複数の入力側光ファイバ３のうちのいずれか１本の入力側光ファイバ３の入力端５と、をループ状に結合して接続している。これにより、複数の入力側光ファイバ３のうち、両端接続用光ファイバ７に接続された１本の入力側光ファイバ３以外の少なくともいずれか１本の入力側光ファイバ３の入力端５からコンバイナ２に入射した入射光の少なくとも一部は、出力端６と両端接続用光ファイバ７とを順に経由して、両端接続用光ファイバ７に接続された入力端５からコンバイナ２に再入射されるように構成されている。
【００４２】
具体的には、コンバイナ２の出力側光ファイバ４の出力端６のコア１０の端面と、両端接続用光ファイバ７の入力端側のコア１０の端面とは、軸ずれすることなく、端面同士を融着することによって結合されて接続される。また、コンバイナ２の入力側光ファイバ３の入力端５のコア１０の端面と、両端接続用光ファイバ７の出力端側のコア１０の端面とは、軸ずれすることなく、端面同士を融着することによって結合されて接続される。
【００４３】
複数の入力側光ファイバ３のうち、両端接続用光ファイバ７に接続されていない１本の入力側光ファイバ３の入力端５には、入射用光ファイバ１３が接合して接続されている。入射用光ファイバ１３のコア１０は、両端接続用光ファイバ７と接続されていない入力側光ファイバ３の入力端５のコア１０の端面と軸ずれすることなく結合して接続され、その入力側光ファイバ３に入射光８を入射させるように構成される。ループ状光ファイバ１は、この入射用光ファイバ１３からの入射光８が、入力側光ファイバ３の入力端５からコンバイナ２に入射し、その入射光８の少なくとも一部が、出力端６と両端接続用光ファイバ７とを順に経由して、両端接続用光ファイバ７に接続された入力側光ファイバ３の入力端５からコンバイナ２に再入射される。
【００４４】
ループ状光ファイバ１の両端接続用光ファイバ７は、コンバイナ２に入射された入射光８がループ状光ファイバ１を循環する間に、両端接続用光ファイバ７の内側から両端接続用光ファイバ７の外側に漏れ出すように構成される光漏洩手段を備える。図１中の両端矢印９が示している範囲は、両端接続用光ファイバ７において、光漏洩手段を備える範囲を示している。従って、両端接続用光ファイバ７は、コンバイナ２に入射された入射光８を、この範囲９において、両端接続用光ファイバ７の外側に漏れ出すように構成される。本実施形態に示す範囲９は、両端接続用光ファイバ７の全長に亘っている。
【００４５】
なお、本実施形態に示す両端接続用光ファイバ７は、コア１０の外周にクラッド１１を有するが、少なくとも範囲９に亘って、クラッド１１を伝搬する光がクラッド１１の外側に漏れ出すのを妨げないように、通常は光ファイバを保護するためにクラッドの外側に形成される保護被覆は剥がされているか、元々形成されていない。また、クラッド１１から光が漏れ出しやすいように、クラッド１１の表面に対して、少し荒れた状態に粗面加工する、微細なパターンを形成する、等のクラッド光除去処理を行っても良い。
【００４６】
光漏洩手段は、両端接続用光ファイバ７において出力側光ファイバ４の出力端６に接続される側から入力側光ファイバ３の入力端５に接続される側に向かって、両端接続用光ファイバ７の開口数（ＮＡ）、コア径、モードフィールド径の値のうちの少なくとも一つの値が次第に減少していくように構成される。例えば、両端接続用光ファイバ７のコア径が、出力側光ファイバ４の出力端６に接続される側から入力側光ファイバ３の入力端５に接続される側に向かって、１００μｍから５０μｍに次第に縮径されるように加工された場合、コア径が１００μｍである側から両端接続用光ファイバ７に光をファイバＮＡで入射すると、コア径が小さくなるに従って、光の一部が両端接続用光ファイバ７のコア１０から漏れ出す。コア径が５０μｍの位置に光が到達するまでに、入射した光の最大５０％までの光がコア１０から漏れ出す。コア１０からクラッド１１に漏れ出した光は、本実施形態の両端接続用光ファイバ７のようにクラッド１１内から光が漏れ出しやすい構造をしている場合は、クラッド１１から更に両端接続用光ファイバ７の外側に漏れ出す。
【００４７】
なお、モードフィールド径は、コア径及びコア１０とクラッド１１の屈折率によって調整される。コア径の小さいシングルモード光ファイバでは、モードフィールド径は、コア径より大きくなるが、コア径の大きなマルチモード光ファイバでは、モードフィールド径とコア径は略等しい。また、両端接続用光ファイバ７の開口数は、両端接続用光ファイバ７のコア１０とクラッド１１の屈折率を調整することによって調整される。
【００４８】
両端接続用光ファイバ７は、開口数、コア径、モードフィールド径の値のうちの少なくとも一つの値が、両端接続用光ファイバ７の全長に亘って連続的に、例えば略一定の割合で次第に減少していくように製作される。これにより、両端接続用光ファイバ７を伝播する光が、両端接続用光ファイバ７の全長に亘って略均一に両端接続用光ファイバ７の内側から両端接続用光ファイバ７の外側に漏れ出すようにすることができる。
【００４９】
但し、光漏洩手段は、両端接続用光ファイバ７を伝播する光が、両端接続用光ファイバ７の全長に亘って略一定の割合で減少する条件に限定されない。両端接続用光ファイバ７を伝播する光が両端接続用光ファイバ７の全長に亘って略均一に両端接続用光ファイバ７の外側に漏れ出すという仕様を満たすように、両端接続用光ファイバ７の開口数、コア径、モードフィールド径のうちの少なくとも一つの値を、両端接続用光ファイバ７の全長に亘って連続的に、次第に減少させる方向で制御して、両端接続用光ファイバ７を製作することが必要である。また、光漏洩手段は、両端接続用光ファイバ７の開口数、コア径、モードフィールド径の値のうちの少なくとも一つの値が次第に減少していくように構成されればよいが、これらの値の全てが次第に減少していくように構成されることが最も好ましい。
【００５０】
両端接続用光ファイバ７から漏れ出さずに、両端接続用光ファイバ７に接続された入力側光ファイバ３の入力端５に戻ってきた光は、コンバイナ２において、両端接続用光ファイバ７に接続されていない入力側光ファイバ３の入力端５から入射した入射光８と合流（結合）して、出力側光ファイバ４の出力端６から再び両端接続用光ファイバ７を伝播する。このようにして、両端接続用光ファイバ７に接続されていない入力側光ファイバ３の入力端５から入射した入射光８は、ループ状光ファイバ１内を循環する。従って、ループ状光ファイバ１が、上述した光漏洩手段以外に、ループ状光ファイバ１内を伝播する光をループ状光ファイバ１から取り出すための光取出し手段や光分岐手段を有していない場合に、ループ状光ファイバ１に入射した入射光８のうちの略全ての光が、ループ状光ファイバ１を循環する間に、両端接続用光ファイバ７の長さ方向に略均一に、両端接続用光ファイバ７の内側から両端接続用光ファイバ７の外側に漏れ出すことができる、という効果はより顕著となる。すなわち、光取出し手段や光分岐手段を有しないループ状光ファイバ１は、入射光８の略全てが、両端接続用光ファイバ７の全長に亘って略均一に、両端接続用光ファイバ７から外側に漏れ出すことができる効果をより顕著に得ることができる。
【００５１】
コンバイナ２は、（前記入力側光ファイバの束の全体の径）×（前記入力側光ファイバの開口数）≦（前記出力側光ファイバのコア径）×（前記出力側光ファイバの開口数）の関係を満たすようにしてもよい。入射端から入射した入射光８は、入力側光ファイバ３のファイバ径と開口数の積に比例する「輝度の保存則」に従って伝播するので、コンバイナ２のファイバ・テーパー部１２では、ファイバ径の減少に反比例して入射光８の開口数が増加する。しかし、コンバイナ２が、上記の関係を満たす範囲であれば、損失が少ない条件で、コンバイナ２をテーパー状に加工することが可能になり、コンバイナ２での光損失を小さくすることができる。
【００５２】
ここで、ループ状光ファイバ１において、出力側光ファイバ４と両端接続用光ファイバ７とが接続されている位置における出力側光ファイバ４の開口数、コア径、モードフィールド径をそれぞれＮＡ１，Ｄ１，ＭＦＤ１で表し、出力側光ファイバ４と両端接続用光ファイバ７とが接続されている位置における両端接続用光ファイバ７の開口数、コア径、モードフィールド径をそれぞれＮＡ２，Ｄ２，ＭＦＤ２で表した場合の、ＮＡ１≦ＮＡ２，Ｄ１≦Ｄ２，ＭＦＤ１≦ＭＦＤ２の３つの関係式を第１関係式グループとする。一方、ループ状光ファイバ１において、両端接続用光ファイバ７と入力側光ファイバ３とが接続されている位置における両端接続用光ファイバ７の開口数、コア径、モードフィールド径をそれぞれＮＡ３，Ｄ３，ＭＦＤ３で表し、両端接続用光ファイバと入力側光ファイバ３とが接続されている位置における入力側光ファイバ３の開口数、コア径、モードフィールド径をそれぞれＮＡ４，Ｄ４，ＭＦＤ４で表した場合の、ＮＡ３≦ＮＡ４，Ｄ３≦Ｄ４，ＭＦＤ３≦ＭＦＤ４の３つの関係式を第２関係式グループとする。このとき、ループ状光ファイバ１は、第１関係式グループと第２関係式グループとに含まれる全ての関係式が成り立つように構成されることが好ましい。これにより、出力側光ファイバ４と両端接続用光ファイバ７とが接続されている融着接続点における接続損失や、両端接続用光ファイバ７と入力側光ファイバ３とが接続されている融着接続点における接続損失を小さくすることができる。
【００５３】
なお、以上のＮＡ１〜ＮＡ４は、全て各光ファイバのコアとクラッドの屈折率から決まるファイバの開口数（ＮＡ）の意味で使用しており、各光ファイバの端面のコアからに入射した光がコア内を全反射して伝播して、その光ファイバのもう一方の端面まで到達できるための入射角度条件を表す開口数（ＮＡ）ではない。上記のように、コンバイナ２における光結合損失と、ループ状光ファイバ１における光ファイバの融着接続点における接続損失の両方を小さくすることによって、ループ状光ファイバ１に入射用光ファイバ１３から入射した入射光８の略全てを、両端接続用光ファイバ７の全長に亘って略均一に両端接続用光ファイバ７の内部から両端接続用光ファイバ７の外部に漏れ出すようすることができる。
【００５４】
なお、クラッド径については、出力側光ファイバ４と両端接続用光ファイバ７とが接続されている位置と、両端接続用光ファイバ７と入力側光ファイバ３とが接続されている位置において、光の伝播方向の上流側の光ファイバと下流側の光ファイバのクラッド径は略等しいことが望ましく、少なくとも上流側の光ファイバのクラッド径が下流側の光ファイバのクラッド径より大きくないことが望ましい。
【００５５】
コンバイナ２において、前述の関係を満たすように複数本の入力側光ファイバ３を１本の出力側光ファイバ４に結合すると、入力側光ファイバ３の開口数やコア径に対して、出力側光ファイバ４の開口数やコア径の方が大きくなることは避けられない。また、光ファイバの融着接続点では、開口数やコア径の大きい光ファイバ側から相対的に開口数やコア径の小さい光ファイバ側に光を伝播させると、接続損失が大きくなる。更に、前述のように、光ファイバの開口数やコア径が次第に小さくなって行くように加工した光ファイバにおいては、伝播している光の一部がコア内に留まることができず、コアから漏れ出す。本発明では、これらの光ファイバ部品構成上の制限とも言える前述の関係を逆に利用して、両端接続用光ファイバ７の開口数やコア径を、出力側光ファイバ４の開口数やコア径よりも少なくとも等しいか大きい値から、入力側光ファイバ３の開口数やコア径よりも少なくとも等しいか小さい値まで、次第に小さくなるように両端接続用光ファイバ７を製作している。これにより、コンバイナ２における光結合損失や融着接続点における接続損失をできるだけ減らして、ループ状光ファイバ１に入射用光ファイバ１３から入射した入射光８の略全てが、両端接続用光ファイバ７の全長に亘って略均一に両端接続用光ファイバ７の内側から両端接続用光ファイバ７の外側に漏れ出すことができる。
【００５６】
＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器に使用されるループ状光ファイバの模式図である。図２において、光ファイバ部分については、複数の光ファイバが公差しているように見える部分を除いて光ファイバの中心線を含む平面を断面とする断面模式図で示している。図１と同様に、ファイバレーザ装置やファイバレーザ発振器は図示していない。図２に示すように、ループ状光ファイバ１のループは、一重に限定されず、何重にループを巻いてもよい。本実施形態では、二重にループを巻いた構造を例示している。図２では、両端接続用光ファイバ７のコア径が、光ファイバの長さ方向に沿って、均一に変化しているように描かれていないが、あくまでも模式的な図であると理解されたい。他の図についても同様である。
【００５７】
また、図２では、ループ状光ファイバ１の構成を分かり易くするために、ループの一重目と二重目で、ループの径を変えて、ループの位置をずらしている。しかし、複数のループの径が略同じで、互いに重なるように設置されてもよいことは言うまでもない。図２を正面から見た時、一重目のループと二重目のループが交差しているように見える部分については、ループ径の大きなループがループ径の小さいループより、図示面の奥側に配置されて、立体交差している状態を模式的に示している。本実施形態のように、ループ状光ファイバ１のループを多重化することによって、ループ状光ファイバ１を構成する光ファイバに対して、所定の長さが必要な場合、ループ状光ファイバ１をファイバレーザ装置内にコンパクトに設置できる。
【００５８】
＜第３実施形態＞
図３Ａ、図３Ｂは、本発明の第３実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器に使用されるループ状光ファイバにおけるコンバイナの入力側光ファイバが束ねられた位置の光ファイバの中心線に垂直な断面模式図である。図３Ａ、図３Ｂに示すように、コンバイナの入力側光ファイバ３の本数を、複数本の入力側光ファイバ３が六方最密構造に束ねられた時に、束の断面外形が円に近い形状になる本数にすると、図１、図２に示したコンバイナ２のファイバ・テーパー部１２の製作が容易になる。
【００５９】
具体的な本数としては、図３Ａに示す７本以上である。例えば、図３Ｂに示すように１９本とすることもできる。更に多い本数としては、３７本、あるいは６１本が例示される。入力側光ファイバ３の束は、オーバークラッドチューブ１４で封じ込められている。なお、入力側光ファイバを上記の本数にした場合において、入力側光ファイバの本数が必要以上の本数である場合は、不要な入力側光ファイバは、ダミーファイバとして利用しなくてもよい。また、ダミーファイバは、コアとクラッドからなる光ファイバ構造を備えず、コアの無い簡単な構造のファイバであってもよい。
【００６０】
ちなみに、図３Ｃは、図１、図２に示したように、２本の入力側光ファイバ３、３が束ねられた様子を示している。また、図３Ｄは、４本の入力側光ファイバが束ねられた様子を示している。４本のうちの２本の入力側光ファイバ３、３は、図１、図２に示したように、光を入射させる光ファイバであるが、他の２本の光ファイバは、実際には光を入射させない上述のダミーファイバ１５、１５である。なお、オーバークラッドチューブ１４の内側の光ファイバ間やオーバークラッドチューブ１４と光ファイバの隙間は、内側に光ファイバの束を納めたオーバークラッドチューブ１４の外径が、例えば図１、図２に示すコンバイナ２の出力側光ファイバ４の外径に一致するまで、テーパ―状に絞られる段階で消滅する。
【００６１】
＜第４実施形態＞
図４は、本発明の第４実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器と関連光学系の主要部の模式図である。図４において、ループ状光ファイバ１が、ファイバレーザ装置１６におけるファイバレーザ発振器１７の信号光用光ファイバ３５から、高反射ファイバブラッググレーティング（ＨＲＦＢＧ）１９を透過してきた戻り光を消去させるための戻り光消去モジュール２１に適用されている。なお、図４では、図の簡略化のために、光ファイバについては、コアやクラッド等の詳細構造を図示せず、太い実線で表している。
【００６２】
本実施形態のファイバレーザ発振器１７では、複数のレーザダイオードモジュール（ＬＤＭ：Laser Diode Module）２２から出射された励起光は、テーパーファイババンドル（ＴＦＢ：Tapered Fiber Bundle）２３を介して、増幅用光ファイバ１８を構成するダブルクラッドファイバの内部クラッドに注入されて、伝搬する間に、希土類イオンを添加したコアで徐々に吸収されるように構成される。ＬＤＭ２２を駆動するためのレーザ電源部やファイバレーザ装置１６の各部を制御するための制御部の図示は省略している。ファイバレーザ発振器１７からの出力レーザ光２７は、ファイバカプラ等のレーザ光学系２４、デリバリファイバ２５を経由して、加工ヘッド２６から出射される。このファイバレーザ装置１６は、出射されたレーザ光の一部が加工対象物の表面で反射して、出力レーザ光２７と逆方向に伝搬してきた反射光や、光ファイバを伝搬する過程で発生したファイバレーザ発振器１７が発振させたレーザ光よりも長い波長のストークス光等のような、ＨＲＦＢＧ１９を透過してきた戻り光を戻り光消去モジュール２１で消去させるために、ループ状光ファイバ１を利用している。ループ状光ファイバ１の入射用光ファイバ１３は、ＴＦＢ２３を介して、信号光用光ファイバ３５と接続されている。
【００６３】
図５Ａは、本実施形態のファイバレーザ装置の戻り光消去モジュールの詳細模式図である。図５Ａにおいて、光ファイバ部分については、光ファイバの中心線を含む平面を断面とする概念的な模式図で示している。図５Ｂは、図５Ａ中のＢ−Ｂ線に沿う位置の断面模式図である。
ループ状光ファイバ１に入射した戻り光は、ループ状光ファイバ１を循環する間に、両端接続用光ファイバ７を伝播する光が、両端接続用光ファイバ７の内側から両端接続用光ファイバ７の外側に漏れ出す範囲９で、両端接続用光ファイバ７から両端接続用光ファイバ７の長さ方向に略均一に漏れ出す。戻り光消去モジュール２１におけるループ状光ファイバ１は、アルミニューム板のような熱伝導部材２９の一面に形成された溝２９１に収容されている。溝２９１内のループ状光ファイバ１は、熱伝導コンパウンドや熱伝導接着材等の熱伝導性固着材３１によって、熱伝導部材２９に対して熱的に接続して固定されている。両端接続用光ファイバ７から両端接続用光ファイバ７の長さ方向に略均一に漏れ出した戻り光は熱に変換され、熱伝導部材２９を経由して、熱伝導部材２９に熱的に接続している例えば水冷板のような放熱手段（図示せず）によって放熱される。
【００６４】
これによれば、ＨＲＦＢＧ１９を透過して戻り光消去モジュール２１に入射した、ファイバレーザ発振器１７等の損傷を招く可能性がある加工対象物等からの反射光や、ファイバレーザ発振器１７の出力を制限するラマン散乱等の非線形誘導散乱によるストークス光（散乱光）等の戻り光は、戻り光消去モジュール２１で完全に消去できて、これらの戻り光が再びファイバレーザ発振器１７の方に戻ってくることを完全に防止できる。
【００６５】
また、戻り光の消去、すなわち両端接続用光ファイバ７からの漏れ出しが局所的に行われず、戻り光は、両端接続用光ファイバ７に入射した光が両端接続用光ファイバ７の内側から両端接続用光ファイバ７の外側に漏れ出す範囲９、すなわち、両端接続用光ファイバ７の略全長に亘って、両端接続用光ファイバ７の長さ方向に略均一に漏れ出すので、ループ状光ファイバ１の一部の温度が局所的に上昇して、ループ状光ファイバ１や戻り光消去モジュール２１が損傷するような故障の発生を防止できる。しかも、構造上、戻り光の戻り光消去モジュール２１からの反射を完全に無くすことができる。
【００６６】
更に、ループ状光ファイバ１の少なくとも一部が、熱伝導部材２９に熱的に接続していることにより、ループ状光ファイバ１から漏れ出した戻り光によってループ状光ファイバ１の温度が上昇して、ループ状光ファイバ１が損傷するリスクを低減することができる。
【００６７】
なお、少なくとも、戻り光が両端接続用光ファイバ７の長さ方向に略均一に両端接続用光ファイバ７から漏れ出す範囲９では、光ファイバを保護するために通常光ファイバを囲むようにクラッドの外側に敷設されている保護被覆が、本実施形態に示す両端接続用光ファイバ７のように剥がされていることが望ましい。また、前述のように、戻り光が漏れ出しやすいように、両端接続用光ファイバ７のクラッド１１の表面に、クラッド光除去処理を施してもよい。また、図４に示すように、戻り光消去モジュール２１とＨＲＦＢＧ１９との間の信号光用光ファイバ３５から漏れ出す光量を検出する光検出手段２８を設けて、戻り光消去モジュール２１に入射する戻り光の光量をモニタしてもよい。光検出手段２８にフォトダイオードを用いれば、反射光の光量を高速で検出でき、ファイバレーザ装置１６の制御部による光出力指令に高速にフィードバックできる。同様の光検出手段は、図４に示したように、出力レーザ光２７を主として検出する光検出手段２８ａや、戻り光を主として検出する光検出手段２８ｂ等をレーザ光学系２４の前後等に複数設置してもよい。また、熱伝導部材２９の温度を監視するために、温度センサ３０を設けてもよい。
【００６８】
＜第５実施形態＞
図６は、本発明の第５実施形態のファイバレーザ装置の構成を示す模式図である。なお、図６でも、図の簡略化のために、光ファイバは、コアやクラッド等の詳細構造は図示せず、太い実線で表している。
本実施形態に示すファイバレーザ装置１６では、２つのファイバレーザ発振器１７、１７からの戻り光を、一つの戻り光消去モジュール２１で一括して消去する構造になっている。このため、ループ状光ファイバ１のコンバイナ２の入力側光ファイバ３は３本になっている。２つのファイバレーザ発振器１７、１７から出射されたレーザ光は、出力レーザ光結合用コンバイナ３２で結合されて、ファイバレーザ装置１６より出射される。複数のファイバレーザ発振器１７、１７からの戻り光を一つの戻り光消去モジュール２１で一括して消去する本実施形態の構造において、ファイバレーザ発振器１７の数は２つに限定されない。複数のファイバレーザ発振器１７からの戻り光を一つの戻り光消去モジュール２１で一括して消去することによって、コストの低減が可能になる。
【００６９】
＜第６実施形態＞
図７、図８は、本発明の第６実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器の構成を示す模式図である。但し、レーザダイオードモジュールは省略して図示していない。レーザダイオードモジュール２２からの励起光３３は、図４、図６に示したようなテーパーファイババンドル２３によって結合されてから、コンバイナ２の入力側光ファイバ３に入射される。本実施形態においては、ループ状光ファイバ１が、ファイバレーザ発振器１７の信号光用光ファイバ３５に隣接して平行に延在する側面励起用の励起光用光ファイバ３４に適用されている。なお、実施形態の項に記載されている励起光用光ファイバ３４は、全て側面励起用の励起光用光ファイバである。
【００７０】
図７は、ループ状光ファイバ１が適用されている励起光用光ファイバ３４の中心線を含む平面を断面とする断面模式図で示している。図７において、増幅用光ファイバ１８の部分の信号光用光ファイバ３５は、励起光用光ファイバ３４の裏側に配置されていて見えない。一方、図８は、図７を裏側から見た断面模式図であり、信号光用光ファイバの中心線を含む平面を断面とする断面模式図で示している。但し、信号光用光ファイバ３５が交差している部分は、図示面手前の信号光用光ファイバ３５の中心線を含む平面を断面とする断面模式図で示している。
【００７１】
隣接して平行に延在して配置されている励起光用光ファイバ３４と信号光用光ファイバ３５の大部分は、スリーブ３６で覆われている。スリーブ３６は、励起光用光ファイバ３４から漏れ出した励起光３３が信号光用光ファイバ３５に高効率に吸収されるように、励起光用光ファイバ３４と信号光用光ファイバ３５を内包し、信号光用光ファイバ３５のクラッドより低い屈折率を持つ低屈折率ポリマー等の材料で作製されている。
【００７２】
図９Ａは、スリーブ３６で覆われた励起光用光ファイバ３４と信号光用光ファイバ３５からなる増幅用光ファイバ１８の断面模式図であり、側面励起構造の断面模式図である。本実施形態では、励起光用光ファイバ３４の径の方が、信号光用光ファイバ３５の径より大きく描かれているが、励起光用光ファイバ３４の径と信号光用光ファイバ３５の径の大小関係は、本実施形態に示されている関係に限定されない。
このように、隣接して平行に延在して配置されている励起光用光ファイバ３４と信号光用光ファイバ３５の少なくとも一部が、励起光用光ファイバ３４と信号光用光ファイバ３５を内包し、信号光用光ファイバ３５のクラッド１１より低い屈折率を持つスリーブ３６で覆われることにより、側面励起用の励起光用光ファイバ３４から漏れ出した励起光３３が信号光用光ファイバ３５に高効率に吸収されるようになる。
【００７３】
ループ状光ファイバ１を励起光用光ファイバ３４に適用する場合には、励起光用光ファイバ３４を構成する両端接続用光ファイバ７の両端に近い部分は、開口数やコア径を一定にして、入射した励起光３３が両端接続用光ファイバ７の内側から両端接続用光ファイバ７の外側に漏れ出す範囲９、すなわち、両端接続用光ファイバ７が光漏洩手段を備える範囲、を両端接続用光ファイバ７の全長より短くして、スリーブ３６に覆われている範囲より内側の範囲に留めることが望ましい。これにより、励起光３３が、スリーブ３６で覆われていない部分から漏れ出さないため、励起光３３を信号光用光ファイバ３５により高効率に吸収させることができる。スリーブ３６の端面３７からの励起光３３の漏れを防ぐために、スリーブ３６の端面３７の表面に反射コーティングを施しても良い。
【００７４】
なお、図７、図８では、図を簡単にするために、ループ状光ファイバ１は、単一ループとしているが、図２に示したように、複数のループにすることができるので、この場合も、（両端接続用光ファイバが光漏洩手段を備える範囲）／（両端接続用光ファイバの全長）は、実質的に１に近い値とすることができる。従って、励起光用光ファイバ３４の長さ方向に略均一に励起光用光ファイバ３４の内側から励起光用光ファイバ３４の外側に漏れ出した励起光３３が、この励起光用光ファイバ３４と平行に延在する信号光用光ファイバ３５のコア１０に吸収されるようになる。これにより、増幅用光ファイバ１８の長さ方向に吸収される励起光量が略均一になり、増幅用光ファイバ１８の長さ方向の発熱量と温度分布も略均一にすることができる。また、ファイバ長を長くしなくても、ループ状光ファイバ１に入射した励起光３３のほぼ全てが励起光用光ファイバ１の外側に漏れ出して信号光用光ファイバ３５に吸収されるので、増幅用光ファイバ１８をレーザ共振器として最も適切な長さに設定しながら、励起に寄与しない励起光の割合を減らすことができる。このため、増幅用光ファイバ１８の温度上昇による動作限界やＳＲＳ等の非線形誘導散乱の発生による高出力動作限界を招き難い、信頼性の高い高出力高効率ファイバレーザ装置を実現することができる。
【００７５】
＜第７実施形態＞
図９Ｂは、本発明の第7実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器における側面励起構造の断面模式図である。図９Ｂでは、１本の信号光用光ファイバ３５に対して、複数本（本実施形態では２本）の励起光用光ファイバ３４、３４が隣接して配置されている。本実施形態においては、左右の励起光用光ファイバ３４、３４において、励起光３３の伝搬方向は同じである。本実施形態のファイバレーザ発振器の模式図は、図７に示したファイバレーザ発振器１７と同じである。増幅用光ファイバ１８の部分においては、一番手前の励起光用光ファイバ３４の奥に見えていない信号光用光ファイバ３５があり、更にその奥に、一番手前の励起光用光ファイバ３４と同形状のやはり見えていない励起光用光ファイバ３４が存在する構造である。信号光用光ファイバ３５を複数の励起光用光ファイバ３４、３４で囲むことによって、信号光用光ファイバ３５に、増幅用光ファイバ１８の単位長さ当たり、より多くの励起光量を吸収させることができる。
【００７６】
＜第８実施形態＞
図１０は、本発明の第８実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器の構成を示す模式図であり、ループ状光ファイバ１が適用されている一番手前の励起光用光ファイバ３４の中心線を含む平面を断面とする断面模式図を示している。図１０では、増幅用光ファイバ１８の部分においては、一番手前の励起光用光ファイバ３４の奥に、信号光用光ファイバ３５が配置され、更にその奥に、一番手前の励起光用光ファイバ３４を裏返した状態の励起光用光ファイバ３４が配置されている構造を示している。側面励起構造の断面模式図は、図９Ｂと同じであるが、左右の励起光用光ファイバ３４、３４で、励起光３３の伝搬方向は互いに逆方向になる。
【００７７】
本実施形態のように、一本の信号光用光ファイバ３５に対して、複数本の励起光用光ファイバ３４、３４が隣接して配置され、複数本の励起光用光ファイバ３４、３４のうち、少なくとも一本の励起光用光ファイバ３４内を伝播する光の方向が、隣接して配置されている他の励起光用光ファイバ３４内を伝播する光の方向と逆方向にする側面励起構造とし、信号光用光ファイバ３５を複数の側面励起用の励起光用光ファイバで囲むことにより、信号光用光ファイバ３５により多くの励起光量を吸収させることができるようになる。また、信号光用光ファイバ３５のＨＲＦＢＧ１９側からもレーザ光出力側の出力カプラー・ファイバブラッググレーティング（ＯＣＦＢＧ：Output Coupler-Fiber Bragg Grating）２０側からも励起光３３を導入できるので、励起用のＬＤＭ２２の個数を増やすことができて、ファイバレーザ発振器１７を高出力化できる。
【００７８】
＜第９実施形態＞
図１１は、本発明の第９実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器の構成を示す模式図である。図１１では、ループ状光ファイバ１が適用されている手前の２つの励起光用光ファイバ３４、３４の中心線を含む平面を断面とする断面模式図を示している。増幅用光ファイバ１８の部分においては、手前の励起光用光ファイバ３４の奥に、信号光用光ファイバ３５が配置された構造になっている。
本実施形態のように、側面励起構造を複数に分割して位置をずらせて配置することにより、信号光用光ファイバ３５のコア１０への励起光の吸収に伴い発生する熱の放熱が容易になる。その結果、側面励起構造部分の温度上昇によって動作限界を迎えることが回避しやすくなり、ファイバレーザ装置の高出力や高信頼化が実現できる。
【００７９】
＜第１０実施形態＞
図１２は、本発明の第１０実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器の構成を示す模式図である。図１２では、ループ状光ファイバ１が適用されている手前の励起光用光ファイバ３４の中心線を含む平面を断面とする断面模式図で示している。増幅用光ファイバ１８の部分においては、手前の励起光用光ファイバ３４の奥に、信号光用光ファイバ３５が配置された構造になっている。
本実施形態では、ループ状光ファイバ１のコンバイナ２の入力側光ファイバ３の本数が３本になっており、そのうちの２本の入力側光ファイバ３、３から励起光が側面励起構造に入射できる構造になっている。入力側光ファイバ３の本数を増やすことよって、側面励起構造に対してより大きな光量の励起光３３が入射しやすくなり、ファイバレーザ装置の高出力化が実現しやすくなる。ループ状光ファイバ１を側面励起構造に適用する場合も、コンバイナ２の入力側光ファイバ３の本数は、２本や３本に限定されない。
【００８０】
＜第１１実施形態＞
図１３は、本発明の第１１実施形態のファイバレーザ装置のファイバレーザ発振器と戻り光消去モジュールの構成を示す模式図である。本実施形態では、ループ状光ファイバ１が、ファイバレーザ発振器１７の信号光用光ファイバ３５からＨＲＦＢＧ１９を透過してきた戻り光を消去するための戻り光消去モジュール２１と、ファイバレーザ発振器１７の信号光用光ファイバ３５に隣接して平行に延在する励起光用光ファイバ３４との両方に適用されている。図１３において、図を分かり易くするため、ファイバレーザ発振器１７については、励起光用光ファイバ３４の中心線を含む平面を断面とする断面模式図で示し、戻り光消去モジュール２１については、戻り光消去モジュール２１内のループ状光ファイバ１の中心線を含む平面を断面とする断面模式図で示している。従って、図１３は、先の図５Ａと図７とを合成した図に相当する。
【００８１】
本実施形態のファイバレーザ装置においては、戻り光消去モジュール２１における局部的な温度上昇が防止できると共に、戻り光が、完全に消去できて、ＨＲＦＢＧ１９側からファイバレーザ発振器１７に有害な戻り光が再び戻ってくることを完全に防止できる。また、戻り光消去モジュール２１内において、戻り光の消去（光ファイバからの漏れ出し）が局所的に行われないので、温度が局所的に上昇して、ループ状光ファイバ１や戻り光消去モジュール２１が損傷するような故障の発生を防止できる。増幅用光ファイバ１８の温度分布が均一になり、増幅用光ファイバの長さ方向の発熱量と温度分布も略均一になる。また、ファイバ長を長くしなくても、入射した励起光３３のほぼ全てが信号光用光ファイバ３５に吸収されるので、増幅用光ファイバ１８をレーザ共振器として最も適切な長さに設定しながら、励起に寄与しないレーザ光の割合が減らせる。従って、増幅用光ファイバ１８の温度上昇による動作限界やＳＲＳ等の非線形誘導散乱の発生による出力に制限を受けにくいので、ラマン散乱光の発生を抑制しながら、高出力な励起光３３で効率良く励起できる。このため、信頼性が高く高出力高効率ファイバレーザ装置が実現できる。
【符号の説明】
【００８２】
１  ループ状光ファイバ
２  （ループ状光ファイバの）コンバイナ
３  （コンバイナの）入力側光ファイバ
４  （コンバイナの）出力側光ファイバ
５  （コンバイナの入力側光ファイバの）入力端
６  （コンバイナの出力側光ファイバの）出力端
７  両端接続用光ファイバ
８  入射光
９  両端接続用光ファイバに入射した光が両端接続用光ファイバから両端接続用光ファイバの外側に漏れ出す範囲、両端接続用光ファイバが光漏洩手段を備える範囲
１０  （各光ファイバの）コア
１１  （各光ファイバの）クラッド
１２  （コンバイナの）ファイバ・テーパー部
１３  入射用光ファイバ
１４  オーバークラッドチューブ
１５  ダミーファイバ
１６  ファイバレーザ装置
１７  ファイバレーザ発振器
１８  増幅用光ファイバ
１９高反射ファイバブラッググレーティング（ＨＲＦＢＧ）
２０  出力カプラー・ファイバブラッググレーティング（ＯＣＦＢＧ）
２１  戻り光消去モジュール
２２  レーザダイオードモジュール（ＬＤＭ）
２３  テーパーファイババンドル（ＴＦＢ）
２４  レーザ光学系
２５  デリバリファイバ
２６  加工ヘッド
２７  出力レーザ光
２８、２８ａ、２８ｂ  光検出手段
２９  熱伝導部材
２９１  溝
３０  温度センサ
３１  熱伝導性固着材
３２  （出力レーザ光結合用）コンバイナ
３３  励起光
３４  （側面励起用の）励起光用光ファイバ
３５  信号光用光ファイバ
３６  スリーブ
３７  スリーブの端面
【図１】
2019175886.tif 000003
【図２】
2019175886.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2019175886.tif 000006
【図３Ｃ】
2019175886.tif 000007
【図３Ｄ】
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【図４】
2019175886.tif 000009
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
2019175886.tif 000013
【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2019175886.tif 000016
【図１０】
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【図１１】
2019175886.tif 000018
【図１２】
2019175886.tif 000019
【図１３】
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