(57)【要約】【課題】  光ファイバ本体からエンドキャップが剥離することを防止する。【解決手段】  光ファイバ１０は、第１光ファイバ本体１と、第２光ファイバ本体２と、第１エンドキャップ３とを備えている。第１光ファイバ本体１は、潮解性を有するガラスによって形成される。第１光ファイバ本体１は、第１端面１１、第２端面１２、及び第１コア１３を有する。第２光ファイバ本体２は、第１光ファイバ本体１と同じ材質のガラスによって形成される。第２光ファイバ本体２は、第３端面２１、及び第４端面２２を有する。第３端面２１は、第１端面１１に融着されている。第２光ファイバ本体２は、第１コア１３よりも径が大きい。第１エンドキャップ３は、第４端面２２に融着される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端面、第２端面、及び前記第１端面から前記第２端面まで延び出力光が通る第１光路、を有し、潮解性を有するガラスによって形成される第１光ファイバ本体と、
前記第１端面に融着された第３端面、第４端面、及び前記第３端面から前記第４端面まで延び前記第１光路よりも径が大きい第２光路、を有し、前記第１光ファイバ本体と同じ材質のガラスによって形成される第２光ファイバ本体と、
前記第４端面に融着されるエンドキャップと、
を備える、光ファイバ。
【請求項２】
前記第１光ファイバ本体及び前記第２光ファイバ本体は、ＺＢＬＡＮガラスである、
請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記第１光路は、レーザ媒質がドープされ、
前記第２光路のレーザ媒質の質量含有率は、前記第１光路のレーザ媒質の質量含有率よりも低い、
請求項１又は２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記第２光路は、レーザ媒質がドープされていない、
請求項３に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記第１光ファイバ本体の外側面と前記第２光ファイバ本体の外側面とは、連続して延びる、
請求項１から４のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記第１光ファイバ本体は、円柱状に形成されており、
前記第２光ファイバ本体の第３端面は、前記第１光ファイバ本体の第１端面と同じ径であり、
前記第２光ファイバ本体は、第４端面に近付くほど径が大きくなるように形成されている、
請求項５に記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記第１光ファイバ本体は、前記第１光路である第１コアと、前記第１コアの外周面を覆うクラッドと、を有する、
請求項１から６のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記第２光ファイバ本体は、前記第２光路である第２コアと、前記第２コアの外周面を覆うクラッドと、を有する、
請求項１から７のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の光ファイバと、
前記光ファイバを収容する筐体と、
前記光ファイバに入射する励起光を発振する光源と、
を備える、レーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ、及びこれを用いたレーザ発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを利用したレーザ発振器が広く用いられている。このレーザ発振器は、光源から発振される励起光を利用して、光ファイバによって出力光を発振する。このレーザ発振器に用いられる光ファイバとして、例えば、エルビウムなどのレーザ媒質がドープされたＺＢＬＡＮガラスなどを用いることができる。
【０００３】
しかしながら、ＺＢＬＡＮガラスは、光ファイバからの出力光を吸収した大気中の水分によって潮解するという問題がある。すなわち、光ファイバの端面が損傷するという問題がある。このため、潮解性を有するガラスによって光ファイバが形成されている場合、例えば、特許文献１のように、光ファイバ本体の端面にエンドキャップを接合する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７３８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したようにエンドキャップを有する光ファイバをレーザ発振器として用いると、光ファイバ本体とエンドキャップとの接合面において剥離が生じるという問題が生じる。特に、上記光ファイバを用いてパルスレーザを発振させた場合に上述した問題が生じて、光ファイバ本体からエンドキャップが剥離してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明の課題は、光ファイバ本体からエンドキャップが剥離することを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１側面に係る光ファイバは、第１光ファイバ本体と、第２光ファイバ本体と、エンドキャップとを備えている。第１光ファイバ本体は、潮解性を有するガラスによって形成される。第１光ファイバ本体は、第１端面、第２端面、及び第１光路を有する。第１光路は、第１端面から前記第２端面まで延びる。第１光路には、出力光が通る。第２光ファイバ本体は、第１光ファイバ本体と同じ材質のガラスによって形成される。第２光ファイバ本体は、第３端面、第４端面、及び第２光路を有する。第３端面は、第１端面に融着されている。第２光路は、第３端面から前記第４端面まで延びる。第２光路は、第１光路よりも径が大きい。エンドキャップは、第４端面に融着される。
【０００８】
この構成によれば、第２光ファイバ本体の第２光路は、第１光ファイバ本体の第１光路よりも径が大きい。このため、第２光ファイバ本体の第４端面を通過する出力光は、第１光ファイバ本体の第１端面を通る出力光よりも広がっており、出力光の単位面積当たりのエネルギー量（出力光のフルエンス）が低下している。すなわち、出力光のフルエンスは、第１端面よりも第４端面の方が低い。このため、第２光ファイバ本体の第４端面に融着させたエンドキャップが第２光ファイバ本体から剥離することを防止することができる。
【０００９】
また、第１光ファイバ本体の第１端面に第２光ファイバ本体が融着されている。この第１端面を通る出力光のフルエンスは、第４端面を通る出力光のフルエンスよりも高い。しかしながら、第１光ファイバ本体と第２光ファイバ本体とは、互いに同じ材質のガラスによって形成されているため、十分な強度で互いに融着させることができる。この結果、第１光ファイバ本体から第２光ファイバ本体が剥離することを防止することができる。
【００１０】
好ましくは、第１光ファイバ本体及び第２光ファイバ本体は、ＺＢＬＡＮガラスである。
【００１１】
好ましくは、第１光路は、レーザ媒質がドープされている。そして、第２光路のレーザ媒質の質量含有率は、第１光路のレーザ媒質の質量含有率よりも低い。例えば、第２光路は、レーザ媒質がドープされていない。
【００１２】
好ましくは、第１光ファイバ本体の外側面と第２光ファイバ本体の外側面とは、連続して延びる。この構成によれば、冷却部材などを、第１及び第２光ファイバ本体に対して容易に接触させることができる。
【００１３】
好ましくは、第１光ファイバ本体は、円柱状に形成されている。第２光ファイバ本体の第３端面は、第１光ファイバ本体の第１端面と同じ径である。第２光ファイバ本体は、第４端面に近付くほど径が大きくなるように形成されている。
【００１４】
第１光ファイバ本体は、第１コアとクラッドとを有する。第１コアは上述した第１光路である。クラッドは、第１コアの外周面を覆う。
【００１５】
好ましくは、第２光ファイバ本体は、第２コアとクラッドとを有する。第２コアは、上述した第２光路である。クラッドは第２コアの外周面を覆う。
【００１６】
本発明の第２側面に係るレーザ発振器は、上述したいずれかの光ファイバと、光ファイバを収容する筐体と、光ファイバに入射する励起光を発振する光源と、を備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光ファイバ本体とエンドキャップとの剥離を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】レーザ発振器の概略図。
【図２】光ファイバの拡大断面図。
【図３】変形例１に係る光ファイバの拡大断面図。
【図４】変形例２に係る光ファイバの拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る光ファイバ、及びこれを用いたレーザ発振器の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、レーザ発振器の概略図である。
【００２０】
図１に示すように、レーザ発振器１００は、光ファイバ１０を用いてパルス光を発振するように構成されている。このレーザ発振器１００は、光ファイバ１０、光源９１、及び筐体９８を備える。また、レーザ発振器１００は、第１〜第３レンズ９２ａ〜９２ｃ、第１及び第２ダイクロイックミラー９３ａ、９３ｂ、ミラー９４、パルス発生器９５、ドライバ９６、及び音響光学素子９７をさらに備える。
【００２１】
筐体９８は、直方体状の箱体であって、光ファイバ１０、第２及び第３レンズ９２ｂ、９２ｃ、第１及び第２ダイクロイックミラー９３ａ、９３ｂ、ミラー９４、並びに音響光学素子９７などを収容している。筐体９８は、光透過性を有する第１窓部９８ａ及び第２窓部９８ｂを有する。筐体９８の内部は、窒素によって充填されている。また、筐体９８内の水分を除去するために、筐体９８内に乾燥剤が入れられている。
【００２２】
光源９１は、励起光を発振するものであり、例えばランプ又は半導体レーザなどによって構成することができる。光源９１にて発振された励起光は、励起光伝送ファイバ９１ａを介して出力される。
【００２３】
第１レンズ９２ａは、コリメートレンズとして機能するレンズであり、励起光伝送ファイバ９１ａと、筐体９８の第１窓部９８ａとの間に配置されている。第１レンズ９２ａは、光源９１からの励起光を発散光の状態から平行光の状態に変換する。
【００２４】
第２レンズ９２ｂは、集光レンズ及びコリメートレンズとして機能するレンズであり、第１ダイクロイックミラー９３ａと光ファイバ１０の第１エンドキャップ３との間に配置されている。第２レンズ９２ｂは、第１レンズ９２ａによって平行光の状態とされた励起光を集光する。この結果、光ファイバ１０には、集光された状態の励起光が入射する。また、第２レンズ９２ｂは、光ファイバ１０から放射された出力光を平行光の状態に変換する。
【００２５】
第３レンズ９２ｃは、集光レンズ及びコリメートレンズとして機能するレンズであり、第２ダイクロイックミラー９３ｂと光ファイバ１０の第２エンドキャップ５との間に配置されている。第３レンズ９２ｃは、光ファイバ１０からの励起光及び出力光を平行光の状態に変換する。また、第３レンズ９２ｃは、第２ダイクロイックミラー９３ｂからの出力光を集光する。この結果、光ファイバ１０には、集光された状態の出力光が入射する。
【００２６】
第１ダイクロイックミラー９３ａは、第１レンズ９２ａと第２レンズ９２ｂとの間に配置されている。第１ダイクロイックミラー９３ａは、光源９１からの励起光を透過するとともに、光ファイバ１０からの出力光を反射して進行方向を変更する。
【００２７】
第２ダイクロイックミラー９３ｂは、第３レンズ９２ｃの後方に配置されている。第２ダイクロイックミラー９３ｂは、光ファイバ１０からの励起光を透過するとともに、光ファイバ１０からの出力光を反射して進行方向を変更する。
【００２８】
ミラー９４は、第２ダイクロイックミラー９３ｂからの出力光を反射し、第２ダイクロイックミラー９３ｂへと戻す。
【００２９】
パルス発生器９５は、所定のパルス幅を有する電気信号を発生させる。ドライバ９６は、パルス発生器９５からの電気信号に基づき、音響光学素子９７を駆動する。この音響光学素子９７が駆動されることによって、第２ダイクロイックミラー９３ａとミラー９４との間を通る出力光が連続光の状態からパルス光の状態となる。
【００３０】
光ファイバ１０は、第１光ファイバ本体１を備えている。光ファイバ１０は、一方の端部において、第２光ファイバ本体２、及び第１エンドキャップ３を備えている。また、光ファイバ１０は、他方の端部において、第３光ファイバ本体４、及び第２エンドキャップ５をさらに備えている。なお、第１エンドキャップ３が、本発明のエンドキャップに相当する。
【００３１】
第１光ファイバ本体１は、潮解性を有するガラスによって形成されている。例えば、第１光ファイバ本体１は、希土類元素がレーザ媒質としてドープされたフッ化物ガラスから形成されている。第１光ファイバ本体１は、好ましくは、ＺＢＬＡＮ（ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF）ガラスによって形成されている。また、第１光ファイバ本体１には、好ましくはエルビウムがドープされている。
【００３２】
第１光ファイバ本体１は、第１端面１１、第２端面１２、及び第１コア１３を有する。なお、第１コア１３は、本発明の第１光路に相当する。第１コア１３は、第１端面１１から第２端面１２まで延びている。この第１コア１３内を出力光が通る。第１光ファイバ本体１は円柱状に形成されており、第１端面１１及び第２端面１２は円形状である。
【００３３】
図２は、光ファイバ１０の一方の端部を示す拡大図である。図２に示すように、第１光ファイバ本体１は、第１コア１３とクラッド１４とを有している。第１コア１３は、円柱状に形成されている。第１コア１３は、希土類元素がレーザ媒質としてドープされたフッ化物ガラスから形成されている。第１コア１３は、好ましくは、エルビウムがドープされたＺＢＬＡＮ（ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF）ガラスによって形成されている。
【００３４】
第１光ファイバ本体１のクラッド１４は、円筒状に形成されている。クラッド１４は、第１コア１３の外周面を覆うように配置されている。クラッド１４は、フッ化物ガラスから形成されており、好ましくはＺＢＬＡＮガラスによって形成されている。なお、クラッド１４は、第１コア１３よりも屈折率が低く、また、レーザ媒質がドープされていない。
【００３５】
第２光ファイバ本体２は、第１光ファイバ本体１と同じ材質のガラスによって形成されている。詳細には、第２光ファイバ本体２は、フッ化物ガラスから形成されており、好ましくはＺＢＬＡＮガラスによって形成されている。第２光ファイバ本体２におけるレーザ媒質の質量含有率は、第１コア１３におけるレーザ媒質の質量含有率よりも低い。好ましくは、第２光ファイバ本体２には、レーザ媒質がドープされていない。
【００３６】
第２光ファイバ本体２は、第３端面２１、第４端面２２を有する。第２光ファイバ本体２は、円柱状に形成されている。第２光ファイバ本体２の第３端面２１は、第１光ファイバ本体１の第１端面１１に融着される。具体的には、第１光ファイバ本体１及び第２光ファイバ本体２を軟化点以上に加熱し、互いに融着させる。この第２光ファイバ本体２内を出力光が通る。なお、本実施形態において、第２光ファイバ本体２自体が本発明の第２光路に相当する。
【００３７】
第２光ファイバ本体２は、第１コア１３よりも径が大きい。また、第２光ファイバ本体２は、第１光ファイバ本体１よりも径が大きい。すなわち、第２光ファイバ本体２の第３端面２１は、第１光ファイバ本体１の第１端面１１よりも径が大きい。第２光ファイバ本体２は、出力光及び励起光が第２光ファイバ本体２の外周面に当たらないように、長さ及び径が設計されている。
【００３８】
第１エンドキャップ３は、第２光ファイバ本体２の第４端面２２に融着されている。第１エンドキャップ３は、第２光ファイバ本体２の第４端面２２の全体を覆うような大きさに設計される。第１エンドキャップ３は、例えば、具体的には、第２光ファイバ本体２を軟化点以上に加熱し、第２光ファイバ本体２とエンドキャップ３とを融着させる。
【００３９】
第１エンドキャップ３は、励起光及びレーザ光を透過する光透過性であり、且つ潮解性を有さない。第１エンドキャップ３の融点は、第２光ファイバ本体２の軟化点よりも高い。例えば、第１エンドキャップ３は、フッ化カルシウムなどの結晶や、石英などの結晶であってもよい。
【００４０】
図１に示すように、第３光ファイバ本体４は、第１光ファイバ本体１の第２端面１２に融着していることを除き、第２光ファイバ本体２と基本的に同じ構成であるため、詳細な説明を省略する。また、第２エンドキャップ５は、第３光ファイバ本体４に融着していることを除き、第１エンドキャップ３と基本的に同じ構成であるため、詳細な説明を省略する。
【００４１】
［特徴］
本実施形態に係る光ファイバ１０は、次の特徴を有する。
【００４２】
第２光ファイバ本体２は、第１光ファイバ本体１の第１コア１３よりも径が大きい。このため、第２光ファイバ本体２の第４端面２２を通過する出力光は、第１光ファイバ本体１の第１端面１１を通過する出力光よりも広がっており、出力光の単位面積当たりのエネルギー量（出力光のフルエンス）が低下している。すなわち、出力光のフルエンスは、第１端面１１よりも第４端面２２の方が低い。このため、第２光ファイバ本体２の第４端面２２に融着させた第１エンドキャップ３が第２光ファイバ本体２から剥離することを防止することができる。
【００４３】
また、第１光ファイバ本体１の第１端面１１に第２光ファイバ本体２が融着されている。この第１端面１１を通る出力光のフルエンスは、第４端面２２を通る出力光のフルエンスよりも高い。しかしながら、第１光ファイバ本体１と第２光ファイバ本体２とは、互いに同じ材質のガラスによって形成されているため、十分な強度で互いに融着させることができる。この結果、第１光ファイバ本体１から第２光ファイバ本体２が剥離することを防止することができる。
【００４４】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００４５】
変形例１
上記実施形態では、第２光ファイバ本体２は円柱状に形成されているが、特にこれに限定されない。図３は、変形例１に係る光ファイバ１０の拡大断面図である。図３に示すように、変形例１に係る光ファイバ１０の第２光ファイバ本体２は、円錐台状に形成されている。すなわち、第２光ファイバ本体２は、第４端面２２に近付くほど径が大きくなるように形成されている。なお、第２光ファイバ本体２は、励起光及び出力光が側面に当たらないように設計される。
【００４６】
第２光ファイバ本体２の第３端面２１の径は、第１コア１３の径よりも大きければ、特に限定されない。例えば、第２光ファイバ本体２の第３端面２１の径は、第１光ファイバ本体１の第１端面１１の径より大きくても小さくてもよい。なお、第２光ファイバ本体２の第３端面２１の径は、第１光ファイバ本体１の第１端面１１の径と同じ大きさにすることが好ましい。第２光ファイバ本体２と第１光ファイバ本体１の外側面が連続するように融着させることによって、すなわち、第２光ファイバ本体２の第３端面２１と第１光ファイバ本体１の第１端面１１とを互いの外周が一致して段差が生じないように融着することによって、第２光ファイバ本体２と第１光ファイバ本体１との接続箇所から励起光及び出力光が漏れるおそれを無くすことができる。
【００４７】
図３に示した第２光ファイバ本体２の第３端面２１は、第１光ファイバ本体１の第１端面１１と同じ形状且つ同じ面積である。このため、第１光ファイバ本体１の外側面と、第２光ファイバ本体２の外側面とは、互いに連続して延びている。なお、第３光ファイバ本体４も同様に円錐台状に形成することもできる。
【００４８】
変形例２
上記実施形態では、第１光ファイバ本体１は、１つのクラッド１４を有するが特にこれに限定されない。例えば、図４に示すように、第１光ファイバ本体１は、内側クラッド１４１と、外側クラッド１４２とを有していてもよい。
【００４９】
また、第２光ファイバ本体２は、第２コア２３と、クラッド２４とを有していてもよい。この場合、第２コア２３が本発明の第２光路に相当する。この構成によれば、励起光は、クラッド２４の内周面で反射しながら、第２コア２３内を進むことができる。したがって、励起光は、第２光ファイバ本体２の側面に当たってもよい。なお、第３端面２１における第２光ファイバ本体２の第２コア２３の径は、第１端面１１における第１光ファイバ本体１の内側クラッド１４１の径以下とすることが好ましい。また、第２光ファイバ本体２の開口数は第１光ファイバ本体１の開口数以下とすることが好ましい。
【００５０】
変形例３
上記実施形態では、第１光ファイバ本体１及び第２光ファイバ本体２は、ＺＢＬＡＮガラスであると説明したが、特にこれに限定されない。第１及び第２光ファイバ本体１，２は、励起光および出力光を透過する材質であればよく、例えば、フッ化物ガラス、又はカルコゲナイドガラスなどによって形成されていてもよい。
【００５１】
変形例４
上記実施形態では、出力光としてパルスレーザ光を発振することとしたが、出力光として連続光のレーザ光を発振することとしてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１    第１光ファイバ本体
１１    第１端面
１２    第２端面
１３    第１コア
１４    クラッド
２    第２光ファイバ本体
２１    第３端面
２２    第４端面
３    第１エンドキャップ
１０    光ファイバ
９１    光源
９８    筐体
１００  レーザ発振器
【図１】
2015153919.tif 000003
【図２】
2015153919.tif 000004
【図３】
2015153919.tif 000005
【図４】
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