(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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１本の増幅用光ファイバと、
前記１本の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、
前記１本の増幅用光ファイバにおける前記クラッドは、長手方向に垂直な外形が非円形であり、
前記光結合部において、少なくとも１つの前記クラッド部分の外形と、他の少なくとも１つの前記クラッド部分の外形とが、互いに異なる向きとされる
ことを特徴とする光学部品。
【請求項２】
前記光結合部において、少なくとも１つの前記クラッド部分は、他の少なくとも１つの前記クラッド部分と、互いに逆方向を向いて一体化されることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
【請求項３】
前記光結合部において、それぞれの前記クラッド部分同士は、互いに同じ方向を向いて一体化されることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
【請求項４】
前記クラッドの外形は多角形でなり、前記光結合部における各前記クラッド部分の外形の向きがそれぞれ異なる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学部品。
【請求項５】
複数の前記光結合部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学部品。
【請求項６】
それぞれの前記クラッド部分同士は、融着により互いに一体化されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学部品。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学部品と、
前記増幅用光ファイバの前記クラッドに入射する前記励起光を出射する励起光源と、
を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学部品と、
前記増幅用光ファイバの前記クラッドに入射する前記励起光を出射する励起光源と、
前記増幅用光ファイバの前記コアに入射する種光を出射する種光源と、
を備えることを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学部品と、
前記増幅用光ファイバの前記クラッドに入射する前記励起光を出射する励起光源と、
前記増幅用光ファイバの一端側に設けられ、前記励起光により励起された前記活性元素が放出する光の少なくとも一部を反射するミラーと、
前記増幅用光ファイバの他端側に設けられ、前記第１ミラーが反射する光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、
を備えることを特徴とする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、増幅用光ファイバを用いて、簡易な構成で励起光を効率的に吸収することができる光学部品、及び、これを用いた光ファイバ増幅器、及び、ファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
増幅用光ファイバを用いたファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高い小さなビームスポットが得られ、更に、非接触加工が可能であることから、レーザ加工分野、医療分野等、様々な分野において用いられている。特に加工分野や医療分野において用いられるファイバレーザ装置においては、高出力化がされている。
【０００３】
ファイバレーザ装置に用いる増幅用光ファイバとしては、活性元素が添加されたコアと、コアの外周面を覆うクラッドとを備えている。そして、増幅用光ファイバのクラッドを伝播する励起光が活性元素に吸収されることで、活性元素が励起状態とされて、励起状態とされた活性元素の誘導放出により、コアを伝播する被増幅光が増幅されて出射されるというものである。従って、増幅用光ファイバに入射された励起光は活性元素に無駄なく吸収されることが望ましい。しかし、増幅用光ファイバにおいては、励起光の一部がクラッドのみを伝播して活性元素に吸収されないスキュー光が生じることが知られている。
【０００４】
下記特許文献１には、このようなスキュー光を抑制する増幅用光ファイバが記載されている。この増幅用光ファイバにおいては、励起光が伝播するクラッド（第２コアと記載されている）の断面における外形が四角形にされたり、クラッドの一部に励起光の散乱手段が設けられたりしている。こうしてこの増幅用光ファイバは、励起光のスキュー光が散乱されて、散乱された光がコアを通過するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４７９２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の増幅用光ファイバは、上記のようにクラッドを特別な形状にする必要があり、増幅用光ファイバを製造するための母材作製段階からスキュー光を抑制する特別な設計をする必要がある。このため増幅用光ファイバを用いて、簡易な構成でスキュー光を低減することができ、励起光が効率良く吸収される光学部品が望まれている。
【０００７】
そこで、本発明は、増幅用光ファイバを用いて、簡易な構成で励起光を効率的に吸収することができる光学部品、及び、これを用いた光ファイバ増幅器、及び、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】
【０００８】
本発明の光学部品は、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１本の増幅用光ファイバと、前記１本の増幅用光ファイバの長さ方向において、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、前記１本の増幅用光ファイバにおける前記クラッドは、長手方向に垂直な外形が非円形であり、前記光結合部において、少なくとも１つの前記クラッド部分の外形と、他の少なくとも１つの前記クラッド部分の外形とが、互いに異なる向きとされることを特徴とするものである。
【０００９】
光結合部においては、クラッド部分同士が光学的に結合するように一体化されているため、光結合部においては、クラッドの光を伝播する条件が、光結合部以外におけるクラッドの光を伝播する条件と異なる。従って、クラッドを伝播する励起光は、光結合部において、一方のクラッド部分をそのまま進行する場合においても、一方のクラッド部分から他のクラッド部分に伝播する場合においても、伝播モードが大きく乱れる。従って、励起光のスキュー光の伝播モードも乱れて、スキュー光が低減される。
また、クラッドの外形が非円形であることで、クラッドの外形が円形の場合と比べて、スキュー光を低減することができる。そして、光結合部において、特定のクラッド部分と、この特定のクラッド部分と外形の向きが異なる他のクラッド部分においては光の伝播の条件が異なる。従って、特定のクラッド部分から、この特定のクラッド部分と外形の向きが異なる他のクラッド部分に伝播する励起光は、それぞれのクラッド部分における光の伝播の条件の違いにより、伝播モードがより乱れる。従って、スキュー光をより低減することができる。
このような光学部品によれば、増幅用光ファイバの長さ方向全体にわたって、クラッドの外形を特別な形状にする必要がなく、簡易な構成でスキュー光を低減することができ、増幅用光ファイバが励起光を効率良く吸収することができる。そして、このような構成にすることにより、増幅用光ファイバの母材作成段階から特別な設計にする必要がなく、増幅用光ファイバを用いて励起光を効率良く吸収することができる光学部品を容易に製造することができる。
【００１０】
なお、本明細書において、「結合」とは、特に言及する場合を除いて、光が伝播可能な状態を意味する。従って、クラッド部分同士が光学的に結合するということは、結合しているそれぞれのクラッド部分同士を光が伝播可能とされることを意味する。
【００１１】
さらに、前記光結合部において、少なくとも１つの前記クラッド部分は、他の少なくとも１つの前記クラッド部分と、互いに逆方向を向いて一体化されることが好ましい。
【００１２】
クラッド部分同士が、互いに逆方向を向いて接続されるとは、増幅用光ファイバの一端側から他端側に向かう方向が、互いに逆の方向を向いた状態で、クラッド部分同士が接続されていることを意味する。このような光学部品によれば、増幅用光ファイバの一端側から伝播する励起光の一部が、特定のクラッド部分からこの特定のクラッド部分と逆方向を向いている他のクラッド部分に伝播することにより、励起光を増幅用光ファイバに対して双方向に伝播させることができる。
【００１３】
或いは、前記光結合部において、それぞれの前記クラッド部分同士は、互いに同じ方向を向いて一体化されることが好ましい。
【００１４】
クラッド部分同士が同じ方向を向いて接続されることで、励起光が、特定のクラッド部分からこの特定のクラッド部分と異なる他のクラッド部分に伝播しても、励起光は、増幅用光ファイバの一端側から他端側に向かう方向に伝播する。すなわち、増幅用光ファイバにおいて、励起光が伝播する方向は変わらない。従って、増幅用光ファイバの一端側に励起光源が配置される場合、この励起光源に励起光が戻ることを防止でき、信頼性を向上させることができる。
【００１５】
前記クラッドの外形は多角形でなり、前記光結合部における各前記クラッド部分の外形の向きがそれぞれ異なることが好ましい。
【００１６】
このようにした場合、スキュー光をより低減することができる。
【００１７】
また、増幅用光ファイバにおける効率をより高くするために、光学部品は、複数の前記光結合部を備えることが好ましい。
【００１８】
また、それぞれの前記クラッド部分同士は、融着により互いに一体化されることが好ましい。クラッド部分同士が融着されることにより、光結合部におけるそれぞれのクラッドの外周面は、光結合部以外におけるクラッドの外周面よりも形状が乱れる。このクラッドの外周面の形状の乱れにより、励起光の伝播モードが乱れる。このようにして、スキュー光の伝播モードを乱すことにより、スキュー光をより低減することができる。
【００１９】
また、本発明の光ファイバ増幅器は、上記のいずれかに記載の光学部品と、前記増幅用光ファイバの前記クラッドに入射する前記励起光を出射する励起光源と、を備えることを特徴とするものである。
【００２０】
このような光ファイバ増幅器によれば、光学部品において、上述のようにスキュー光が低減され、増幅用光ファイバが効率よく励起光を吸収することができるので、同じパワーの励起光源であっても、より高い増幅率とすることができる。
【００２１】
また、本発明のファイバレーザ装置は、上記のいずれかに記載の光学部品と、前記増幅用光ファイバの前記クラッドに入射する前記励起光を出射する励起光源と、前記増幅用光ファイバの前記コアに入射する種光を出射する種光源と、を備えることを特徴とするものである。
【００２２】
このようなファイバレーザ装置は、光学部品において、上述のようにスキュー光が低減され、増幅用光ファイバが効率よく励起光を吸収するとこができるため、種光の増幅効率が高いＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator - Power Amplifier）型のファイバレーザ装置とすることができる。
【００２３】
或いは、本発明のファイバレーザ装置は、上記のいずれかに記載の光学部品と、前記増幅用光ファイバの前記クラッドに入射する前記励起光を出射する励起光源と、前記増幅用光ファイバの一端側に設けられ、前記励起光により励起された前記活性元素が放出する光の少なくとも一部を反射するミラーと、前記増幅用光ファイバの他端側に設けられ、前記第１ミラーが反射する光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、を備えることを特徴とするものである。
【００２４】
このようなファイバレーザ装置は、光学部品において、上述のようにスキュー光が低減され、増幅用光ファイバが効率よく励起光を吸収するとこができるため、増幅効率が高い共振型のファイバレーザ装置とすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば、増幅用光ファイバを用いて、簡易な構成で励起光を効率的に吸収することができる光学部品、及び、これを用いた光ファイバ増幅器、及び、ファイバレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【図２】図１の増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面における構造の様子を示す図である。
【図３】図１に示す光結合部の拡大図である。
【図４】図３に示す光結合部のＶ−Ｖ線を通る断面における構造の様子を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【図７】光学部品の第１変形例を示す図である。
【図８】図７のＶ−Ｖ線を通る断面における構造の様子を示す図である。
【図９】光学部品の第２変形例を示す図である。
【図１０】光学部品の第３変形例を示す図である。
【図１１】光学部品の第４変形例を示す図である。
【図１２】実施例１、比較例１のファイバ長を変化させたときの励起光の吸収量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の光学部品、及び、これを用いた光ファイバ増幅器、ファイバレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【００２９】
図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、種光を出射する種光源１０と、種光を増幅する光ファイバ増幅器６とを備え、光ファイバ増幅器６は、励起光を出射する励起光源２０と、種光及び励起光が入射する増幅用光ファイバ３０を備える光学部品５１と、増幅用光ファイバ３０に種光及び励起光を入射するためのコンバイナ４０と、を主な構成として備える。つまり、ファイバレーザ装置１は、種光源１０及び光ファイバ増幅器６によるＭＯ−ＰＡ型のファイバレーザ装置とされる。
【００３０】
種光源１０は、例えば、レーザダイオードから成るレーザ光源や、ファブリペロー型やファイバリング型のファイバレーザ装置から構成されている。この種光源１０から出射される種光は、特に制限されるものではないが、例えば、後述のように増幅用光ファイバ３０にイッテルビウム（Ｙｂ）が添加される場合、波長が１０７０ｎｍのレーザ光とされる。また、種光源１０は、コア、及び、コアを取り囲むクラッドから構成される種光用ファイバ１５に接続されており、種光源１０から出射される種光は、種光用ファイバ１５のコアを伝播する。種光用ファイバ１５としては、例えば、シングルモードファイバが挙げられ、この場合、種光は種光用ファイバ１５をシングルモード光として伝播する。
【００３１】
励起光源２０は、複数のレーザダイオード２１から構成される。それぞれのレーザダイオード２１から出射される励起光は、特に制限されるものではないが、例えば、後述のように増幅用光ファイバ３０にＹｂが添加される場合、波長が９１５ｎｍのレーザ光とされる。また、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１は、励起光用ファイバ２２に接続されており、レーザダイオード２１から出射される励起光は、励起光用ファイバ２２を伝播する。励起光用ファイバ２２としては、例えば、マルチモードファイバが挙げられ、この場合、励起光は励起光用ファイバ２２をマルチモード光として伝播する。
【００３２】
図２は、増幅用光ファイバ３０の長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。図２に示すように、増幅用光ファイバ３０は、コア３１と、コア３１を取り囲むクラッド３２と、クラッド３２を取り囲む外側クラッド３３と、外側クラッド３３を被覆する被覆層３４とから構成される。また、本実施形態において、コア３１、及び、外側クラッド３３、及び、被覆層３４の断面における外形は円形とされるが、クラッド３２の外形は、非円形とされ、本実施形態においては、略正多角形とされる。
【００３３】
クラッド３２の屈折率はコア３１の屈折率よりも低く、外側クラッド３３の屈折率はクラッド３２の屈折率よりもさらに低くされている。このような、コア３１を構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等の元素、及び、励起光源２０から出射される励起光により励起されるＹｂ等の活性元素が添加された石英が挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ｙｂの他にツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）等を挙げることができる。また、クラッド３２を構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英を挙げることができる。なお、クラッド３２の材料には、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等の元素を添加してもよい。また、外側クラッド３３を構成する材料としては、樹脂または石英が挙げられ、例えば、樹脂としては、紫外線硬化樹脂が挙げられ、石英としては、クラッド３２よりもさらに屈折率が低くなるように、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等の元素を添加された石英が挙げられる。また、被覆層３４を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂が挙げられ、外側クラッド３３が樹脂の場合、外側クラッドを構成する樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂とされる。
【００３４】
更に図１に示すように光学部品５１は、増幅用光ファイバ３０の複数の部分が一体化された光結合部６１を備える。図３は、光結合部６１の拡大図であり、図４は、図３に示す光結合部６１のＶ−Ｖ線を通る断面における構造の様子を示す図である。図３、４に示すように、光結合部６１においては、増幅用光ファイバ３０の外側クラッド３３と被覆層３４とがそれぞれ除去されており、クラッド３２の一部であるクラッド部分３２ａ、及び、クラッド３２の他の一部であり、クラッド部分３２ａと長手方向に非連続であるクラッド部分３２ｂが、それぞれ露出されている。外側クラッド３３が樹脂から成る場合は、外側クラッド３３を剥離により除去すれば良く、外側クラッド３３が石英から成る場合は、外側クラッド３３をエッチングにより除去すれば良い。また、図１、図３に示すように、光結合部６１においては、クラッド部分３２ａと、クラッド部分３２ｂとが、互いに逆側を向いている。つまり、クラッド部分３２ａとクラッド部分３２ｂとは、増幅用光ファイバ３０の一端３６側から他端３７側に向かう方向が、互いに逆の方向を向いた状態とされている。さらに、図４に示すように、クラッド部分３２ａの外形と、クラッド部分３２ｂの外形とが、互いに異なる向きとされている。つまり、光結合部６１において、クラッド部分３２ａの外形、及び、クラッド部分３２ｂの外形を互いに重ね合わせようとしても、それぞれの外形は互いに一致しない向きとされている。
【００３５】
そして、クラッド部分３２ａとクラッド部分３２ｂとが、互いに長手方向に沿って並べられた状態で、融着されて一体化されている。従って、クラッド部分３２ａとクラッド部分３２ｂとの間で光の伝播が可能とされており、クラッド部分３２ａとクラッド部分３２ｂとは互いに結合している。このクラッド部分３２ａ、３２ｂが一体化される長さＬは特に限定されないが、例えば、５ｍｍ〜５０ｍｍとされる。
【００３６】
なお、光結合部６１のクラッド部分３２ａとクラッド部分３２ｂとが一体化されている部分は、樹脂６９により被覆されている。樹脂６９の屈折率は、クラッド３２の屈折率よりも低くされ、このような樹脂６９としては、例えば、外側クラッド３３を樹脂で構成する場合と同様の樹脂を挙げることができる。
【００３７】
このように光結合部６１において、クラッド部分３２ａとクラッド部分３２ｂとが長手方向に沿って一体化されることにより、増幅用光ファイバ３０の一部は、クラッド部分３２ａからクラッド部分３２ｂまでループ部７１とされる。このループ部７１の両端は、上述のように、クラッド部分３２ａとクラッド部分３２ｂとが、互いに逆側を向いているため、光結合部６１の一方に接続されている。
【００３８】
また、コンバイナ４０は、増幅用光ファイバ３０の一端３６において、種光用ファイバ１５及びそれぞれの励起光用ファイバ２２と、増幅用光ファイバ３０とを接続している。具体的には、コンバイナ４０において、種光用ファイバ１５のコアが、増幅用光ファイバ３０のコア３１に端面接続され、さらに、それぞれの励起光用ファイバ２２のコアが、クラッド３２に端面接続されている。従って、種光源１０から出射する種光、及び、励起光源２０から出射する励起光は、増幅用光ファイバ３０の一端３６側からそれぞれ、コア３１及びクラッド３２に入射する。
【００３９】
そして、増幅用光ファイバ３０の他端３７は、出射端とされている。
【００４０】
このようにファイバレーザ装置１は、増幅用光ファイバ３０における種光の入射側から励起光が入射する、いわゆる前方励起型のファイバレーザ装置とされている。
【００４１】
次にファイバレーザ装置１の動作について説明する。
【００４２】
まず、種光源１０から被増幅光としての種光が出射されると共に、励起光源２０から励起光が出射される。このとき種光源１０から出射される種光は、上述のように、例えば、波長が１０７０ｎｍとされる。種光源１０から出射された種光は、種光用ファイバ１５のコアを伝播して、コンバイナ４０において、増幅用光ファイバ３０の一端３６からコア３１に入射して、コア３１を伝播する。
【００４３】
一方、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から出射される励起光は、上述のように、例えば、波長が９１５ｎｍとされる。そして、それぞれのレーザダイオード２１から出射された励起光は、励起光用ファイバ２２を伝播しコンバイナ４０に入射し、増幅用光ファイバ３０の一端３６からクラッド３２に入射して、クラッド３２を主に伝播する。このクラッド３２を伝播する励起光には、一般的にスキュー光が含まれている。
【００４４】
そして、クラッド３２を伝播する励起光は、コア３１に添加される活性元素に吸収されながら光結合部６１に到達する。上述のように、光結合部６１においては、クラッド部分３２ａ、３２ｂ同士が光学的に結合して一体化されているため、クラッド３２の光を伝播する条件が、光結合部６１以外におけるクラッド３２の光を伝播する条件と異なっている。特に本実施形態においては、クラッド部分３２ａ及びクラッド部分３２ｂが融着により一体化されることによる、光結合部６１におけるクラッド３２の外周面の形状の乱れにより、光結合部６１におけるクラッド３２の光を伝播する条件は、光結合部６１以外におけるクラッド３２の光を伝播する条件と更に異なっている。このため、光結合部６１におけるクラッド部分３２ａを伝播する励起光の一部は、クラッド部分３２ａを伝播しながら、伝播モードが乱され、更に増幅用光ファイバ３０の一端３６側（励起光源２０側）から他端３７（出射端）側に向けて、クラッド部分３２ａを伝播し、光結合部６１をクラッド部分３２ａ側から出射する。このとき、スキュー光として光結合部６１に到達する光は、上記の伝播モードの乱れにより、通常の励起光として光結合部６１から出射する。そして、クラッド部分３２ａ側から光結合部６１を通過した励起光の一部は、ループ部７１を増幅用光ファイバの一端３６側から他端３７側に伝播する。
【００４５】
また、クラッド部分３２ａ、及び、クラッド部分３２ｂが結合しているため、光結合部６１におけるクラッド部分３２ａを伝播する励起光の他の一部は、クラッド部分３２ａからクラッド部分３２ｂに伝播する。このとき、励起光の他の一部は、クラッド部分３２ａ、３２ｂ間を伝播することにより、伝播モードが乱れて伝播する。さらに、上述のように、光結合部６１において、クラッド部分３２ａの外形の向きと、クラッド部分３２ｂの外形の向きが異なっている。従って、クラッド部分３２ａにおける光の伝播の条件と、クラッド部分３２ｂにおける光の伝播の条件とが異なり、クラッド部分３２ａからクラッド部分３２ｂに伝播する励起光は、クラッド部分３２ａとクラッド部分３２ｂとの光の伝播の条件の違いにより、さらに伝播モードが乱れる。このようにクラッド部分３２ａからクラッド部分３２ｂに伝播する励起光は、伝播モードが乱れて、光結合部６１をクラッド部分３２ｂ側から出射する。このとき、スキュー光として光結合部６１に到達する光は、上記の伝播モードの乱れにより、通常の励起光として光結合部６１から出射する。そして、光結合部６１をクラッド部分３２ｂ側から出射した励起光の他の一部は、上述のようにクラッド部分３２ａとクラッド部分３２ｂとが互いに逆側を向いているため、ループ部７１を増幅用光ファイバ３０の他端３７側から一端３６側に伝播する。
【００４６】
上述のように、光結合部６１をクラッド部分３２ａ側から出射した励起光は増幅用光ファイバ３０の一端３６側から他端３７側に伝播し、クラッド部分３２ａからクラッド部分３２ｂに伝播する励起光は、増幅用光ファイバ３０の他端３７側から一端３６側に伝播する。従って、少なくとも増幅用光ファイバ３０のループ部７１おいては、励起光が双方向で伝播する。
【００４７】
更にループ部７１から光結合部６１のクラッド部分３２ｂに伝播する励起光は、一部がクラッド部分３２ｂを伝播し、他の一部がクラッド部分３２ｂからクラッド部分３２ａに伝播する。また、ループ部７１から光結合部６１のクラッド部分３２ａに伝播する励起光は、一部がクラッド部分３２ａを伝播し、他の一部がクラッド部分３２ａからクラッド部分３２ｂに伝播する。ループ部７１から光結合部６１に伝播する光についても、上記説明と同様にして、励起光の伝播モードが乱されて、スキュー光が低減される。
【００４８】
こうして、増幅用光ファイバ３０において、スキュー光が低減された励起光がコア３１を通過するときに、コア３１に添加されている活性元素に吸収されて、活性元素を励起する。励起された活性元素は、誘導放出を起こし、この誘導放出によりコア３１を伝播する種光が増幅されて、出射光として増幅用光ファイバ３０の他端３７から出射される。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態の光学部品５１によれば、光結合部６１において、クラッド部分３２ａ、３２ｂ同士が光学的に結合するように一体化されているため、光結合部６１におけるクラッド３２の励起光の伝播条件が、光結合部６１以外におけるクラッドの励起光の伝播条件と異なる。従って、クラッド３２を伝播する励起光は、光結合部６１において、クラッド部分３２ａのみを進行する場合においても、クラッド部分３２ａからクラッド部分３２ｂに伝播する場合においても、伝播モードが大きく乱れる。このため、励起光のスキュー光の伝播モードも乱れて、スキュー光が低減される。従って、このような光学部品５１によれば、増幅用光ファイバ３０の長さ方向全体にわたって、クラッド３２の外形を特別な形状にする必要がなく、簡易な構成でスキュー光を低減することができ、励起光を効率良く吸収することができる。
【００５０】
また、光学部品５１においては、上述のようにスキュー光が低減され、増幅用光ファイバ３０が効率よく励起光を吸収することができるので、光ファイバ増幅器６は、同じパワーの励起光源２０であっても、より高い増幅率とすることができ、ファイバレーザ装置１は、種光の増幅効率を高くすることができる。
【００５１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図５は、本発明の第２実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【００５２】
本実施形態のファイバレーザ装置２においては、第１実施形態の光ファイバ増幅器６の代わりに光ファイバ増幅器７を備える点において、第１実施形態のファイバレーザ装置１と異なり、光ファイバ増幅器７は、第１実施形態の光学部品５１に代わり光学部品５２を備える点において、第１実施形態の光ファイバ増幅器６と異なる。
【００５３】
光学部品５２は、第１実施形態と同様の増幅用光ファイバ３０を備える。そして、光学部品５２は、第１実施形態の増幅用光ファイバ３０における光結合部６１の代わりに光結合部６２を備える。第１実施形態の光結合部６１においては、クラッド部分３２ａと、クラッド部分３２ｂとが、互いに逆側を向いて一体化されているのに対し、本実施形態の光結合部６２においては、クラッド部分３２ａ、３２ｂが互いに同じ方向を向いて一体化されている。つまり、第１実施形態の光結合部６１においては、クラッド部分３２ａとクラッド部分３２ｂとが、増幅用光ファイバ３０の一端３６側から他端３７側に向かう方向が、互いに逆の方向を向いた状態で長手方向に揃えられて、一体化されているのに対し、本実施形態の光結合部６２においては、クラッド部分３２ａとクラッド部分３２ｂとが、増幅用光ファイバ３０の一端３６側から他端３７側に向かう方向が、互いに同じ方向を向いた状態で長手方向に揃えられて、一体化されている。
【００５４】
なお、光結合部６２におけるクラッド部分３２ａ、３２ｂの一体化の状態は、第１実施形態の光結合部６１におけるクラッド部分３２ａ、３２ｂの一体化の状態と同様である。従って、光結合部６２を拡大すると、第１実施形態の光結合部６１と異なりクラッド部分３２ａ、３２ｂが互いに同じ向きを向いているものの、図３に示す状態と同様に見え、光結合部６２の断面における構造は、図４に示す光結合部６１の断面における構造と同様に見える。
【００５５】
そして、光結合部６１において、クラッド部分３２ａとクラッド部分３２ｂとが長手方向に沿って一体化されることにより、増幅用光ファイバ３０の一部は、クラッド部分３２ａからクラッド部分３２ｂまでループ部７２とされる。ただし、第１実施形態の増幅用光ファイバ３０のループ部７１は、光結合部６１の一端３６側に接続されているのに対して、本実施形態の増幅用光ファイバ３０のループ部７２は、クラッド部分３２ａとクラッド部分３２ｂとが、互いに同じ方向を向いているため、光結合部６２を挟むようにして接続されている。
【００５６】
本実施形態による増幅用光ファイバ３０によれば、クラッド部分３２ａ、３２ｂ同士が同じ方向を向いて接続されることで、励起光が、クラッド部分３２ａからクラッド部分３２ｂに伝播しても、励起光は、ループ部７２において、増幅用光ファイバ３０の一端３６側から他端３７側に向かう方向に伝播する。すなわち、増幅用光ファイバ３０として、励起光が伝播する方向は変わらない。従って、増幅用光ファイバ３０の一端３６側に配置される励起光源２０に励起光が戻ることを防止することができる。このため、増幅用光ファイバ３０を備える光ファイバ増幅器７及びファイバレーザ装置２は、優れた信頼性とすることができる。
【００５７】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図６を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図６は、本発明の第３実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【００５８】
図６に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置３は、第１実施形態における光ファイバ増幅器６と同様の光ファイバ増幅器６と、増幅用光ファイバ３０の一端３６側に接続される第１共振用ファイバ１６と、第１共振用ファイバ１６に設けられる第１ミラーとしての第１ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）８１と、増幅用光ファイバ３０の他端３７側に接続される第２共振用ファイバ１７と、第２共振用ファイバ１７に設けられる第２ミラーとしての第２ＦＢＧ８２とを主な構成として備える。このように、本実施形態のファイバレーザ装置３は、共振型のファイバレーザ装置とされる。
【００５９】
第１共振用ファイバ１６は、例えば、第１実施形態における種光用ファイバ１５と同様の構成とされ、一端が種光用ファイバ１５と同様にして、コンバイナ４０で増幅用光ファイバ３０に接続されている。また、第１共振用ファイバ１６の他端には、無反射終端１９が設けられている。さらに、第１共振用ファイバ１６のコアには、第１ＦＢＧ８１が形成されている。こうして第１ＦＢＧ８１は、増幅用光ファイバ３０の一端３６側に設けられている。第１ＦＢＧ８１は、第１共振用ファイバ１６の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、第１ＦＢＧ８１は、この周期が調整されることにより、励起状態とされた増幅用光ファイバ３０の活性元素が放出する光の少なくとも一部の波長を反射するように構成されている。第１ＦＢＧ８１は、上述のように活性元素がＹｂである場合、例えば１０７０ｎｍにおいて反射率が１００％とされる。
【００６０】
また、増幅用光ファイバ３０の他端３７には、第２共振用ファイバ１７が接続されている。第２共振用ファイバ１７は、例えば、第１共振用ファイバと同様の構成とされ、第２共振用ファイバ１７のコアが増幅用光ファイバ３０のコアと結合している。第２共振用ファイバ１７のコアには、第２ＦＢＧ８２が設けられている。こうして第２ＦＢＧ８２は、増幅用光ファイバ３０の他端３７側に設けられている。第２ＦＢＧ８２は、第２共振用ファイバ１７の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、第１ＦＢＧ８１が反射する光と同じ波長の光を第１ＦＢＧ８１よりも低い反射率で反射するように構成され、例えば、第１ＦＢＧ８１が反射する光と同じ波長の光が５０％の反射率で反射されるように構成されている。
【００６１】
このようなファイバレーザ装置３においては、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から励起光が出射されると、この励起光がコンバイナ４０において、増幅用光ファイバ３０のクラッド３２に入射する。そして、第１実施形態と同様にして、増幅用光ファイバ３０のコア３１に添加されている活性元素を励起状態とする。そして励起状態とされた活性元素は、特定の波長の自然放出光を放出する。このときの自然放出光は、例えば、中心波長が１０７０ｎｍで一定の帯域を有する光である。この自然放出光は、増幅用光ファイバ３０のコア３１を伝播して、第１共振用ファイバ１６のコアに形成さている第１ＦＢＧ８１により反射され、反射された光が、増幅用光ファイバ３０のコア３１を介して、第２共振用ファイバ１７に形成されている第２ＦＢＧ８２まで伝播し、第２ＦＢＧ８２で反射されて、光の共振が生じる。そして、光が、増幅用光ファイバ３０のコア３１を伝播するときに増幅されて、一部の光が第２ＦＢＧ８２を透過して、第２共振用ファイバ１７から出射される。
【００６２】
本実施形態のファイバレーザ装置３によれば、光学部品５１においては、上述のようにスキュー光が低減され、増幅用光ファイバ３０が効率よく励起光を吸収するとこができるため、増幅効率が高い共振型のファイバレーザ装置とすることができる。
【００６３】
なお、本実施形態において、第１ミラー、第２ミラーとして、第１ＦＢＧ８１、だい２ＦＢＧ８２を例に説明したが、第１ミラー、第２ミラーは、ＦＢＧに限定されない。
【００６４】
以上、本発明について、第１〜第３実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６５】
例えば、第１実施形態及び第２実施形態において、それぞれ異なる光学部品を示したが、本発明の光学部品は、光結合部において、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限りにおいて第１実施形態及び第２実施形態の例に限らない。ここで、光学部品の変形例について説明する。以下の変形例は、第１、第２実施形態で説明した、ＭＯ−ＰＡ型のファイバレーザ装置、及び、第３実施形態で説明した共振型のファイバレーザ装置のどちらにも適用可能である。
【００６６】
図７は、光学部品の第１変形例を示す図であり、図８は、図７のＶ−Ｖ線を通る断面における構造の様子を示す図である。図７、図８に示すように、本変形例の光学部品５３は、光結合部６３において、互いに非連続である４カ所のクラッド部分３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが、互いに光学的に結合するように、長手方向に沿って融着により一体化されている。従って、それぞれのクラッド部分３２ａ〜３２ｄは、互いに結合している。そして、この光結合部６３により、ループ部７３ａ〜７３ｃが形成されている。ループ部７３ａの両端は、クラッド部分３２ａ及びクラッド部分３２ｂであり、光結合部６３の一方側に接続されている。従って、光結合部６３において、クラッド部分３２ｂは、クラッド部分３２ａと逆方向を向いている。また、ループ部７３ｂの両端は、クラッド部分３２ｂ及びクラッド部分３２ｃであり、光結合部６３の一方側に接続されている。従って、光結合部６３において、クラッド部分３２ｃは、クラッド部分３２ｂと逆方向を向いている。また、ループ部７３ｃの両端は、クラッド部分３２ｃ及びクラッド部分３２ｄであり、光結合部６３の一方側に接続されている。従って、光結合部６３において、クラッド部分３２ｄは、クラッド部分３２ｃと逆方向を向いている。このように光結合部６３において、クラッド部分３２ａとクラッド部分３２ｃとが同じ方向を向き、クラッド部分３２ｂとクラッド部分３２ｄとが同じ方向を向き、クラッド部分３２ａ、３２ｃと、クラッド部分３２ｂ、３２ｄとが、互いに逆の方向を向いている。このような光学部品によれば、光結合部６３において、少なくとも１つのクラッド部分３２ａ、３２ｃが、他の少なくとも１つのクラッド部分３２ｂ、３２ｄと、互いに逆方向を向いて一体化されるため、増幅用光ファイバ３０の一端側から伝播する励起光の一部が、互いに逆方向を向いたクラッド部分に伝播することにより、励起光を増幅用光ファイバ３０に対して双方向に伝播させることができる。このような変形例によれば、１つの光結合部を設けることにより、複数の光結合部を設ける場合と同様の効果を得ることができる。従って、光結合部の数を減らすことができ、光学部品５３を容易に製造することができると共に光学部品５２全体として、コンパクトに収納することができる。
【００６７】
また、図９は、光学部品の第２変形例を示す図である。本変形例の光学部品５４は、光結合部６４において、互いに非連続である４カ所のクラッド部分３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ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ている。具体的には、光結合部６４において、クラッド部分３２ａ〜３２ｄが同じ方向を向いて、互いに融着により一体化されている。従って、それぞれのクラッド部分３２ａ〜３２ｄは、互いに結合している。こうして増幅用光ファイバ３０において、クラッド部分３２ａとクラッド部分３２ｂとの間がループ部７４ａとされ、クラッド部分３２ｂとクラッド部分３２ｃとの間がループ部７４ｂとされ、クラッド部分３２ｃとクラッド部分３２ｄとの間がループ部７４ｃとされる。このような光学部品によれば、クラッド部分３２ａ〜クラッド部分３２ｄが同じ方向を向いて接続されることで、励起光が、クラッド部分同士を励起光が伝播しても、励起光は、ループ部７４ａ〜７４ｃにおいて、増幅用光ファイバ３０の一端３６側から他端３７側に向かう方向に伝播する。すなわち、増幅用光ファイバ３０として、励起光が伝播する方向は変わらない。従って、増幅用光ファイバ３０の一端３６側に配置される励起光源に励起光が戻ることを防止することができる。本変形例の光学部品５４によれば、上記第１変形例と同様の効果を有することができ、さらに、信号光の入射方向と出射方向とが揃うため、増幅用光ファイバ３０を同一方向で巻き取ることができ、よりコンパクトに収納することができる。また、このような光学部品を図１に示すファイバレーザ装置１に適用する場合において、種光源１０へ励起光が伝播することを防止することができる。
【００６８】
また、図１０は、光学部品の第３変形例を示す図である。本変形例の光学部品５５は、互いに逆方向を向いた一組のクラッド部分が一体化された光結合部が複数設けられ、光結合部６５ａ〜６５ｄとされている。この構成は、第１実施形態における光学部品５１のループ部７１に更に複数の光結合部が形成された構成とされ、図１０の光結合部６５ａを図１に示す光結合部６１とすれば、図１に示すループ部７１に光結合部６５ｂ〜６５ｃが設けられた構成となる。このような光学部品によれば、複数の光結合部６５ａ〜６５ｄを設けることにより、より多くのスキュー光を乱すことができ、増幅用光ファイバ３０による励起光の吸収効率をより高くすることができる。
【００６９】
また、図１１は、光学部品の第４変形例を示す図である。図１１に示すように、光学部品５６は、第２実施形態における光学部品５２の光結合部６２と同様の光結合部が複数設けられ、光結合部６６ａ〜６６ｃとされ、複数のループ部７６ａ〜７６ｃとされている。このような光学部品によれば、上記の第３変形例と同様の効果を有することができ、さらに、信号光の入射方向と出力方向が揃うため、増幅用光ファイバ３０を同一方向で巻き取ることができ、よりコンパクトに収納することができる。また、このような光学部品を図１に示すファイバレーザ装置１に適用する場合において、種光源１０へ励起光が伝播することを防止することができる。
【００７０】
また、上記実施形態、及び、上記変形例においては、各光結合部において、それぞれのクラッド部分同士が、融着されることで、光学的に結合するように、一体化されていた。しかし本発明はこれに限らない。
【００７１】
また、上記実施形態、及び、上記変形例においては、クラッド３２の外形が互いに異なるものとしたが、クラッド３２の外形は、互いに同じ方向を向いていても良い。また、クラッド３２の外形が非円形とされる例で説明したが、本発明はこれに限らず、コア３１の外形が円形であっても良い。
【００７２】
また、第２実施形形態の光学部品５２を第３実施形態の共振型のファイバレーザ装置に適用しても良い。
【００７３】
また、上記実施形態において、励起光は、増幅用光ファイバ３０の一端３６から入射されて、他端に伝播するとしたが、励起光が増幅用光ファイバ３０の他端３７側から入射する後方励起型としても良く、励起光が増幅用光ファイバの一端及び他端から入射する双方励起型としても良い。
【実施例】
【００７４】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。
【００７５】
（実施例１）
長さが１０ｍの増幅用光ファイバを準備した。この増幅用光ファイバは、直径が１０μｍでありＹｂが添加されたコアと、コアの外周面を囲み外径が１２５μｍのクラッドと、外径が２５０μｍの樹脂からなる外側クラッドとを備えていた。この増幅用光ファイバを両端部からそれぞれ３ｍの場所において、外側クラッドを約１５ｍｍ剥離した。次に、増幅用光ファイバの両端部を揃えて、外側クラッドが剥離されたそれぞれのクラッド部分を長さ１０ｍｍに渡って、長手方向に沿って融着し、長さ１０ｍｍにわたる光結合部とした。このとき光結合部におけるコア間距離は、約１００μｍであった。こうして、第１実施形態の光学部品と同様の光学部品を作製した。
【００７６】
（実施例２）
実施例１と同様の増幅用光ファイバを準備した。次に、増幅用光ファイバの一端から４ｍの場所を起点として、そこから直径６０ｃｍの円状に１周巻いた。次に、先の起点の場所、及び、１周巻いた後に先の起点の場所と重なる場所の外側クラッドを第１実施形態と同様に剥離し、外側クラッドが剥離されたそれぞれのクラッド部分を第１実施形態と同じようにして融着した。こうして、第２実施形態の光学部品と同様の光学部品を作製した。
【００７７】
（比較例１）
実施例１と同様の増幅用光ファイバを準備し、特に光結合部を設けなかった。
【００７８】
次に実施例１、２、比較例１の増幅用光ファイバの一端から波長が９１５ｎｍの励起光を入射し、励起光の吸収量を調べた。その結果、実施例１の励起光の吸収量は２０ｄＢであり、実施例２の励起光の吸収量は１９ｄＢであり、比較例の励起光の吸収量は、１１ｄＢであった。従って、実施例１、実施例２は励起光の吸収率が高いことが分かった。
【００７９】
次に実施例１のファイバ長と比較例１のファイバ長を変化させたときの励起光の吸収量を調べた。その結果を図１２に示す。図１２に示すように、増幅用光ファイバのファイバ長を変化させても、励起光の吸収量が然程変わらなくなった長さにおいて、実施例１の光学部品は、比較例１の光学部品よりも励起光の吸収量が大きいことが分かった。従って、実施例１の光学回路においては、比較例１の光学部品よりも、スキュー光が低減されていることが分かった。
【００８０】
このことから、本発明の光学部品によれば、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ことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上説明したように、本発明によれば、増幅用光ファイバを用いて、簡易な構成で励起光を効率的に吸収することができる光学部品、及び、これを用いた光ファイバ増幅器、及び、ファイバレーザ装置が提供される。
【符号の説明】
【００８２】
１、２、３・・・ファイバレーザ装置
６、７・・・光ファイバ増幅器
１０・・・種光源
１５・・・種光用ファイバ
１６・・・第１共振用ファイバ
１７・・・第２共振用ファイバ
２０・・・励起光源
２１・・・レーザダイオード
２２・・・励起光用ファイバ
３０・・・増幅用光ファイバ
３１・・・コア
３２・・・クラッド
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ・・・クラッド部分
３３・・・外側クラッド
３４・・・被覆層
３７・・・他端
４０・・・コンバイナ
５１、５２、５３、５４、５５、５６・・・光学部品
６１、６２、６３、６４、６５ａ〜６５ｄ、６６ａ〜６６ｄ・・・光結合部
６９・・・樹脂
７１、７２、７３ａ〜７３ｃ、７４ａ〜７４ｃ、７６ａ〜７６ｃ・・・ループ部
８１・・・第１ＦＢＧ
８２・・・第２ＦＢＧ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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