(57)【要約】【課題】  増幅用光ファイバに安定して励起光を供給可能な光学的モジュールを提供する。【解決手段】  光学的モジュール３１は、励起光源４０と光結合手段５０と光ガイド部６０とを備え、増幅用光ファイバ２０に励起光と被増幅光を供給し、被増幅光を増幅するためのものである。光学的モジュール３１が有する光ガイド部６０は、励起光源と光結合手段を光学的に接続し、励起光源から出力する励起光をマルチモード伝搬させる。また、光結合手段５０は、光ガイド部から入力される励起光をマルチモードで出力するファイバ構造５４を有し、光ガイド部と光結合手段とが接続される端面、端面間又は光ガイド部は、励起光の波長より被増幅光の波長においてより大きな透過損失となる損失媒体Ｅ２を有する。【選択図】図１
2007294534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源と光結合手段と光ガイド部とを備え、増幅用光ファイバに励起光と被増幅光を供給し、被増幅光を増幅するための光学的モジュールであって、
前記光ガイド部は、前記励起光源と前記光結合手段を光学的に接続し、前記励起光源から出力する励起光をマルチモード伝搬させ、
前記光結合手段は、前記光ガイド部から入力される励起光をマルチモードで出力するファイバ構造を有し、
前記光ガイド部と前記光結合手段とが接続される端面、前記端面間又は前記光ガイド部は、前記励起光の波長より前記被増幅光の波長においてより大きな透過損失となる損失媒体を有する
ことを特徴とする光学的モジュール。
【請求項２】
前記増幅用光ファイバは、前記コア領域の屈折率より低い屈折率を有する第１のクラッド領域と、前記第１のクラッド領域の外周に設けられており前記第１のクラッド領域の屈折率より低い屈折率を有する第２のクラッド領域とを有し、前記コア領域において前記光結合手段からの被増幅光を伝搬させるとともに、前記コア領域及び前記第１のクラッド領域において前記光結合手段からの励起光を伝搬させることを特徴とする請求項１記載の光学的モジュール。
【請求項３】
前記光ガイド部は、前記励起光をマルチモード伝搬させるコア領域とそのコア領域の屈折率より低い屈折率を有するクラッド領域とを有するガイド用光ファイバを有しており、
前記損失媒体は、前記ガイド用光ファイバの前記コア領域に添加されている希土類元素であることを特徴とする請求項１に記載の光学的モジュール。
【請求項４】
前記光ガイド部は、第１のガイド用光ファイバと第２のガイド用光ファイバとを有し、
前記損失媒体は、前記第１及び第２のガイド用光ファイバの間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学的モジュール。
【請求項５】
前記損失媒体は、前記第１及び第２のガイド用光ファイバのうち少なくとも一方のファイバ端面上に形成されたコーティングであることを特徴とする請求項４に記載の光学的モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光を用いた加工技術が注目されており、医療分野なども含めた各分野において、高出力なレーザ光を生成可能な光増幅モジュールの需要が高まっている。光増幅モジュールとして、例えば、ダブルクラッド型であってコア領域に励起光によって励起される希土類元素が添加された光ファイバを増幅用光ファイバとして利用したものが知られている（非特許文献１参照）。非特許文献１に記載の光増幅モジュールはファイバレーザ光源として使用されるものであり、ファイバー付きＬＤと光結合手段とを有する光学的モジュールを利用して増幅用光ファイバに励起光を供給している。
【非特許文献１】杉岡幸次、矢部明著、「レーザーマイクロ・ナノプロセッシング」、第１版、日本国、シーエムシー出版、２００４年１１月、ｐｐ６７〜６８。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、通常、光増幅モジュールが有する増幅用光ファイバには、図７に示すように、光学的モジュールを利用して被増幅光及び励起光が供給される。
【０００４】
図７に示した光増幅モジュール１００の光学的モジュール１１０は、励起光源４０と光結合手段５０とが光ファイバ１１１によって光学的に接続されて構成されており、励起光源４０からの励起光は光ファイバ１１１を通して光結合手段５０に入力される。また、光増幅モジュール１００では、光結合手段５０が有する光ファイバ５１に被増幅光源１０が光学的に接続されており、光結合手段５０が、被増幅光源１０から出力される被増幅光と励起光源４０から出力される励起光とを合波して増幅用光ファイバ２０に入力する。その結果、被増幅光が増幅用光ファイバ２０内で光増幅されて高出力な光として出力されることになる。増幅用光ファイバ２０からより一層高出力な光を出力するためには、光ファイバ１１１として、励起光をマルチモード伝搬させるいわゆるマルチモードファイバを利用することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、増幅用光ファイバ２０を他の光ファイバなどに接続すると、接続部分において接続損失が生じ、その損失分としての被増幅光が例えば増幅用光ファイバ２０内を励起光の伝搬方向と反対方向に伝搬する場合もある。この場合、光ファイバ１１１がマルチモードファイバであると、マルチモードファイバはコア径とＮＡが大きいことから励起光以外の光もファイバ内に閉じ込めやすい性質を有するので、励起光と反対方向に伝搬する高出力な被増幅光が励起光源４０まで伝搬する場合が生じうる。この場合、励起光源４０が壊れてたり動作が不安定になって、増幅用光モジュールに安定して励起光を供給できず、結果として、高出力な光を生成できない恐れがある。
【０００６】
そこで、本発明は、増幅用光ファイバに安定して励起光を供給可能な光学的モジュール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】
【０００７】
本発明に係る光増幅モジュールは、励起光源と光結合手段と光ガイド部とを備え、増幅用光ファイバに励起光と被増幅光を供給し、被増幅光を増幅するための光学的モジュールであって、光ガイド部は、励起光源と光結合手段を光学的に接続し、励起光源から出力する励起光をマルチモード伝搬させ、光結合手段は、光ガイド部から入力される励起光をマルチモードで出力するファイバ構造を有し、光ガイド部と光結合手段とが接続される端面、端面間又は光ガイド部は、励起光の波長より被増幅光の波長においてより大きな透過損失となる損失媒体を有することを特徴とする。
【０００８】
この構成では、励起光源から出力される励起光は、光ガイド部をマルチモード伝搬した後、光結合手段を通して増幅用光ファイバに入力される。このように増幅用光ファイバ内に励起光が入力されることで、増幅用光ファイバ内で被増幅光が増幅されるので、高出力な光を生成することが可能である。そして、光ガイド部が励起光をマルチモード伝搬させるので、増幅用光ファイバにより多くの励起光が入力される。その結果、増幅用光ファイバから出力される光の高出力化がより一層図られている。
【０００９】
ところで、例えば、増幅用光ファイバと他の光ファイバとを接続した場合にその接続部分でのモードフィールド径（ＭＦＤ）ミスマッチ等によって接続損失が生じると、その接続損失分としての被増幅光が励起光の伝搬方向と反対方向に励起光源に向かって伝搬することがある。
【００１０】
上記構成の光学的モジュールでは、光ガイド部と光結合手段とが接続される端面、端面間又は光ガイド部は、励起光が有する波長より被増幅光が有する波長に対してより大きい透過損失を有する損失媒体を有しているので、上記のように励起光の伝搬方向と反対方向に伝搬する被増幅光が、励起光源に影響を与える程に高い強度を維持したまま励起光源に到達することはない。その結果、励起光源が壊れたり動作が不安定になることがないので、安定して増幅用光ファイバに励起光を供給することが可能である。
【００１１】
上記増幅用光ファイバは、コア領域の屈折率より低い屈折率を有する第１のクラッド領域と、第１のクラッド領域の外周に設けられており第１のクラッド領域の屈折率より低い屈折率を有する第２のクラッド領域とを有し、コア領域において光結合手段からの被増幅光を伝搬させるとともに、コア領域及び第１のクラッド領域において光結合手段からの励起光を伝搬させることが好ましい。
【００１２】
この構成の増幅用光ファイバは、コア領域の外周に、第１及び第２のクラッド領域が設けられたいわゆるダブルクラッド型の光ファイバである。上記増幅用光ファイバでは、コア領域及び第１のクラッド領域において励起光を伝搬させることからより多くの励起光を伝搬可能であるため、被増幅光を一層効率的に増幅することができる。
【００１３】
本発明に係る光学的モジュールでは、光ガイド部は、励起光をマルチモード伝搬させるコア領域とそのコア領域の屈折率より低い屈折率を有するクラッド領域とを有するガイド用光ファイバを有しており、損失媒体は、ガイド用光ファイバのコア領域に添加されている希土類元素であることが好ましい。
【００１４】
この構成では、増幅用光ファイバの端部において接続損失等が生じその損失分としての被増幅光が励起光の伝搬方向と反対方向に伝搬したとしても、光ガイド部を通過する際に、上記希土類元素によって確実に大きな透過損失を受ける。そのため、励起光の伝搬方向と反対方向に伝搬する被増幅光が、励起光源に影響を与える程に高い強度を維持したまま励起光源に到達することはない。その結果、励起光源が壊れたり動作が不安定になることがないので、光学的モジュールによって増幅用光ファイバに励起光を安定して供給することが可能である。
【００１５】
また、本発明に係る光学的モジュールでは、光ガイド部は、第１のガイド用光ファイバと第２のガイド用光ファイバとを有し、損失媒体は、第１及び第２のガイド用光ファイバの間に設けられていることが好ましい。
【００１６】
この場合、励起光源から出力された励起光は第１及び第２のガイド用光ファイバ内をマルチモード伝搬して光結合手段に確実に入力される。そして、第１及び第２のガイド用光ファイバの間に損失媒体が設けられているので、増幅用光ファイバの端部において接続損失等が生じ、その損失分としての被増幅光が光結合手段及び光ガイド部を通って励起光源に向けて伝搬したとしても損失媒体を通過する際に大きな透過損失を受けることになる。そのため、励起光の伝搬方向と反対方向に伝搬する被増幅光が、励起光源に影響を与える程に高い強度を維持したまま励起光源に到達することはない。その結果、励起光源が壊れたり動作が不安定になることがないので、安定して増幅用光ファイバに励起光を供給することが可能である。
【００１７】
更に、本発明に係る光学的モジュールでは、損失媒体は、第１及び第２のガイド用光ファイバのうちの少なくとも一方のファイバ端面上に形成されたコーティングであることが好ましい。
【００１８】
この場合、第１及び第２のガイド用光ファイバのうちの少なくとも一方のファイバ端面上に損失媒体が設けられることになるので、第１及び第２のガイド用光ファイバの間に確実に損失媒体を設けることができている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光学的モジュールによれば、増幅用光ファイバに安定して励起光を供給可能である。そのため、増幅用光ファイバから安定して高出力な光を出力可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明に係る光学的モジュールの実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符合を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の光増幅モジュールの構成を概略的に示す構成図である。光増幅モジュール１は、光加工システムにおけるファイバレーザ光源として利用されるものであり、本発明に係る光学的モジュールの一実施形態が適用されている。
【００２２】
光増幅モジュール１は、波長λＡの加工用レーザ光を被増幅光として出力する被増幅光源１０と、励起光を利用して加工用レーザ光を光増幅して出力する増幅用光ファイバ２０と、増幅用光ファイバ２０に加工用レーザ光及び励起光を供給するための光学的モジュール３１とを備えている。被増幅光源１０は、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）である。
【００２３】
図２（ａ）は、増幅用光ファイバの長手方向に略直交する断面図である。図２（ｂ）は、増幅用光ファイバの屈折率分布を示す図である。
【００２４】
増幅用光ファイバ２０は、ＳｉＯ２を主成分として構成されており、コア領域２０Ａと、コア領域２０Ａの外周に設けられた第１のクラッド領域２０Ｂと、第１のクラッド領域２０Ｂの外周に設けられた第２のクラッド領域２０Ｃとを有するダブルクラッド型の光ファイバである。コア領域２０Ａの直径としては１０μｍが例示され、第１のクラッド領域２０Ｂの直径としては１００μｍが例示され、第２のクラッド領域２０Ｃの直径としては１２５μｍが例示される。
【００２５】
増幅用光ファイバ２０のコア領域２０Ａには、励起光が供給されることによって加工用レーザ光を光増幅するＹｂやＥｒ等の希土類元素（以下、「光増幅用元素」と称す）Ｅ１が添加されている。図２（ａ）では、光増幅用元素Ｅ１を模式的に示している。第１のクラッド領域２０Ｂにも加工用レーザ光を増幅するための希土類元素が添加されていてもよいが、その場合には、加工用レーザ光の波長より励起光の波長に対してより大きい透過損失を有するものが好ましい。
【００２６】
図２（ｂ）に示すように、第１のクラッド領域２０Ｂの屈折率は、コア領域２０Ａの屈折率より低く、第２のクラッド領域２０Ｃの屈折率は、第１のクラッド領域２０Ｂの屈折率より低くなっている。図２（ｂ）に示したような屈折率分布の形成は、Ｇｅ等の屈折率調整剤を利用すればよい。
【００２７】
増幅用光ファイバ２０は、コア領域２０Ａにおいて加工用レーザ光をシングルモード伝搬させると共に、コア領域２０Ａ及び第１のクラッド領域２０Ｂにおいて励起光をマルチモード伝搬させる。なお、コア領域２０Ａは、加工用レーザ光を伝搬可能であればよく、加工用レーザ光をマルチモード伝搬させてもよい。
【００２８】
図１に示すように、光学的モジュール３１は、波長λＰのレーザ光を励起光として出力する複数（例えば、図１では６個）の励起光源４０と、加工用レーザ光及び励起光を増幅用光ファイバ２０に入力するための光結合手段５０と、光結合手段５０と各励起光源４０とを接続しており励起光をマルチモード伝搬させる光ガイド部６０とを備えている。励起光源４０は、例えば、ＬＤである。
【００２９】
光結合手段５０は、加工用レーザ光を伝搬させる光ファイバ５１と、励起光をマルチモード伝搬させる複数の光ファイバ５２とを有する。光ファイバ５１は被増幅光源１０に接続されており、被増幅光源１０から出力された加工用レーザ光の入力ポートとして機能する。光ファイバ５２は光ガイド部６０に接続されており、励起光源４０から出力された励起光の入力ポートとして機能している。
【００３０】
また、光結合手段５０は、光ファイバ５１，５２を伝搬してきた加工用レーザ光及び励起光を合波するための光結合部５３と、光結合部５３を通った加工用レーザ光及び励起光を増幅用光ファイバ２０に入力するための光ファイバ５４とを更に有する。光ファイバ５４は、増幅用光ファイバ２０の端部２０ａに光学的に接続されており、加工用レーザ光を伝搬させて増幅用光ファイバ２０のコア領域２０Ａに入力し、励起光をマルチモード伝搬させてコア領域２０Ａ及び第１のクラッド領域２０Ｂに入力する。光ファイバ５４は、加工用レーザ光を伝搬させると共に、励起光をマルチモード伝搬させて上記のように増幅用光ファイバ２０に入力できればよいため、例えば、加工用レーザ光をシングルモード伝搬させるコア領域と、励起光をマルチモード伝搬させる第１のクラッド領域とを有していればよい。
【００３１】
上記光結合手段５０のより具体的な構成としては、図３に示すように、光ファイバ５１と光ファイバ５２とがテーパ延伸されて一体化されたものが例示される（例えば、特許３４１５４４９号公報参照）。図３に示した光結合手段５０では、光ファイバ５１と光ファイバ５２とが結合しているテーパ部分が光結合部５３となっており、光結合部５３に光ファイバ５４が光学的に接続されている。光結合部がテーパ部分から更に一定外径に延伸されており、上述したように増幅用光ファイバ２０に加工用レーザ光及び励起光を入力可能な部分を有する場合には、光ファイバ５４を設けなくてもよい。
【００３２】
図１に示した光学的モジュール３１は、励起光源４０を複数有するとしたが、増幅用光ファイバ２０に供給する励起光のパワーに応じて励起光源４０の数は調整すればよく、励起光源４０が高出力であれば一つでもよい。また、励起光源４０の数と光ファイバ５２との数を対応させているが、例えば励起光源４０の数に比べて光ファイバ５２の数が多い場合には、使用していない光ファイバ５２の端部は、光が反射したりしないように終端処理をしておけばよい。
【００３３】
次に、光学的モジュール３１の一つの特徴をなす光ガイド部６０について説明する。光ガイド部６０は、励起光をマルチモード伝搬させる第１のガイド用光ファイバ６１と第２のガイド用光ファイバ６２とが光学的に接続されて構成されている。第１及び第２のガイド用光ファイバ６１，６２は、光学的に接続されていればよく、例えば、融着接続されていてもよいし、コネクタ接続されていてもよい。
【００３４】
図４は、第２のガイド用光ファイバの長手方向に略直交する断面図である。第２のガイド用光ファイバ６２は、コア領域６２Ａと、コア領域６２Ａの外周に設けられておりコア領域６２Ａより低い屈折率を有するクラッド領域６２Ｂとを有しており、励起光をコア領域６２Ａ内でマルチモード伝搬させる。コア領域６２Ａの直径としては１００μｍが例示され、クラッド領域６２Ｂの直径としては１２５μｍが例示される。上記コア領域６２Ａには、励起光の波長より加工用レーザ光の波長に対してより大きな透過損失を有する損失媒体としての希土類元素（以下、「光吸収用元素」と称す）Ｅ２が添加されている。これにより、第２のガイド用光ファイバ６２は、励起光に対しては高い透過率を有する一方、加工用レーザ光に対しては低い透過率を有することになる。
【００３５】
第１のガイド用光ファイバ６１の構成は、コア領域に光吸収用元素Ｅ２が添加されていない点以外は、第２のガイド用光ファイバ６２の構成と同様である。
【００３６】
光学的モジュール３１では、第１のガイド用光ファイバ６１に励起光源４０が光学的に接続され、第２のガイド用光ファイバ６２に光ファイバ５２が光学的に接続されている。これによって、励起光源４０から励起光が光ガイド部６０をマルチモード伝搬して光結合手段５０に入力されることになる。
【００３７】
次に、光増幅モジュール１の動作について説明する。一例として、加工用レーザ光の波長λＡは約１０６０ｎｍとし、励起光の波長λＰは約９７４ｎｍとする。また、増幅用光ファイバ２０に添加した光増幅用元素Ｅ１は、一例として希土類元素であるＹｂとする。図５は、Ｙｂの吸収・放射特性を示す図である。図５に示すように、Ｙｂは波長約９１５ｎｍ帯の光（９１５ｎｍ±３０ｎｍ）と９７４ｎｍ帯（９７４ｎｍ±１０ｎｍ）の光を多く吸収することがわかり、Ｙｂが添加された増幅媒体ではこの２つの波長帯を用いられることが多い。ここでは、一例として吸収係数の大きい９７４ｎｍ帯の波長を励起ＬＤとして使用したが、９１５ｎｍ帯の波長を励起ＬＤとして利用しても、増幅される波長帯域に差は発生しないので、後述する光学的モジュール３１の作用・効果に変わりはない。上記２波長帯でいずれかでＹｂを励起すると、１０２０〜１０８０ｎｍの増幅帯域を持つことが図５からもわかり、ここでは特に１０６０ｎｍの光を利用した。図５より励起光波長と増幅波長帯域に差があることは明確であり、励起光波長と被増幅光波長によって吸収係数が異なる媒体を挿入する光学的モジュール３１の作用・効果から考えると、加工用レーザ光の波長を１０２０〜１０８０ｎｍの間のいずれかに配置していれば、光学的モジュール３１の作用・効果は同一のものである。
【００３８】
また、コア領域６２Ａに添加した光吸収用元素Ｅ２は、一例として希土類元素であるＴｍとする。図６は、Ｔｍの吸収特性を示す図である（「Tetsuro Komukai et. al. “Upconversion Pumped Thulium-Doped FlurideFiber Amplifier and Laser Operating at 1.47μｍ,” IEEE JOURNAL OF QUANTUMELECTRONICS, NOVENBER 1995, VOL.31, NO. 11, pp1880-1889」参照）。図６に示すように、Ｔｍにおいては、波長約９７４ｎｍ帯の光に対する吸収係数は小さく、波長１０６０ｎｍ近傍の光に対する吸収係数が大きい。すなわち、光吸収用元素Ｅ２としてのＴｍは、励起光より加工用レーザ光を主に吸収する性質を有し、結果として、Ｔｍによって加工用レーザ光の方がより大きな透過損失を受けることになる。
【００３９】
上記条件を有する光増幅モジュール１において、各励起光源４０が波長約９７４ｎｍの励起光を出力すると、励起光は光ガイド部６０に入力され、光ガイド部６０内をマルチモードで伝搬して光結合手段５０に入力される。光ガイド部６０を構成する第２のガイド用光ファイバ６２のコア領域６２Ａには、光吸収用元素Ｅ２としてのＴｍが添加されているが、図６に示したように、Ｔｍは、波長約９７４ｎｍの光をほとんど吸収しないので、励起光は光結合手段５０に確実に入力される。光結合手段５０に入力された励起光は、増幅用光ファイバ２０に入力され、コア領域２０Ａ内に添加された光増幅用元素Ｅ１であるＹｂを励起しながら端部２０ｂに向かって伝搬する。
【００４０】
また、被増幅光源１０が、波長約１０６０ｎｍの加工用レーザ光を出力すると、加工用レーザ光は光ファイバ５１内をシングルモード伝搬して光結合手段５０を介して増幅用光ファイバ２０内に入力された後、増幅用光ファイバ２０のコア領域２０Ａ内を端部２０ｂに向かって伝搬する。
【００４１】
このとき、上記のようにコア領域２０Ａ内に添加された光増幅用元素Ｅ１であるＹｂが励起光によって励起されていると、加工用レーザ光によって誘導放出が生じるので、加工用レーザ光が光増幅される。よって、光増幅された高出力の加工用レーザ光が増幅用光ファイバ２０の端部２０ｂから出力される。
【００４２】
上記光増幅モジュール１が有する光学的モジュール３１では、光結合手段５０と励起光源４０とを光ガイド部６０で接続していることが重要である。損失媒体としての光吸収用元素Ｅ２を有する光ガイド部６０を、光結合手段５０と励起光源４０との間に配置していることの作用・効果について、図７に示した比較用の光学的モジュール１１０を適用した光増幅モジュール１００と対比して説明する。
【００４３】
図７に示した光学的モジュール１１０の構成は、光結合手段５０が有する光ファイバ５２と励起光源４０とが、光吸収用元素Ｅ２が添加されていない光ファイバ１１１で光学的に接続されている点で、光学的モジュール３１の構成と主に相違する。以下の説明では、光ファイバ１１１の構成は、第１のガイド用光ファイバ６１の構成を同様であり、励起光をマルチモード伝搬させるものとする。なお、図７では、説明の簡単化のため励起光源４０は１つのみ示している。
【００４４】
光増幅モジュール１００でも、加工用レーザ光及び励起光が光結合手段５０によって増幅用光ファイバ２０に供給され、加工用レーザ光が増幅用光ファイバ２０で光増幅された後に、端部２０ｂから高出力な加工用レーザ光として出力される。
【００４５】
ところで、増幅用光ファイバ２０の端部２０ｂが他の光ファイバと接続されたときには、その接続部分において、例えばＭＦＤミスマッチや軸ズレなどによる接続損失が生じ、その損失分としての高出力な加工用レーザ光が、増幅用光ファイバ２０の第１のクラッド領域２０Ｂ内に戻り光として入射する場合がある。また、光増幅モジュール１００を前述したように光加工システム等に適用した場合、端部２０ｂから出力された高強度の加工用レーザ光が、光加工システムの他の光学素子（レンズ、ミラー）などによる戻り光として第１のクラッド領域２０Ｂ内に入射する場合がある。以上のような場合、励起光の伝搬領域内を励起光源４０に向かって伝搬する加工用レーザ光が存在し得る。
【００４６】
光増幅モジュール１００では、前述したように励起光源４０と光結合手段５０とが、光をマルチモードで伝搬させる光ファイバ１１１によって接続されているので、例えば、シングルモード伝搬する光の伝搬方向の調整に有効なアイソレータやファイバグレーティングなどを光ファイバ１１１に設けたとしても、励起光源４０に向かって伝搬する高出力な加工用レーザ光をカットできない場合がある。その結果、高出力な加工用レーザ光が励起光源４０まで到達し、励起光源４０が壊れたり、その動作が不安定になることで、高出力な加工用レーザ光を安定して出力できないおそれがある。
【００４７】
これに対して、上記光増幅モジュール１の光学的モジュール３１では、光結合手段５０と励起光源４０とを、光吸収用元素Ｅ２が添加された第２のガイド用光ファイバ６２を有する光ガイド部６０によって接続している。そのため、仮に、前述したように、増幅用光ファイバ２０から光結合手段５０を通して励起光源４０側に向かって加工用レーザ光が伝搬したとしても、その加工用レーザ光は、第２のガイド用光ファイバ６２を通る際に、光吸収用元素Ｅ２によって大きな透過損失を受ける。その結果、戻り光としての加工用レーザ光が励起光源４０を壊す程に高い強度で励起光源４０に到達することがない。すなわち、光吸収用元素Ｅ２が添加された第２のガイド用光ファイバ６２は、励起光源４０に対する保護媒体として機能している。このように、光学的モジュール３１では、励起光源４０と光結合手段５０との間に、励起光源保護媒体としての第２のガイド用光ファイバ６２を設けているため、戻り光としての被加工用レーザ光が原因となって励起光源４０が壊れたり、不安定な動作をすることがない。よって、光学的モジュール３１によって増幅用光ファイバ２０に励起光を安定して供給でき、結果として、端部２０ｂから加工用レーザ光を安定して出力することが可能である。
【００４８】
また、各励起光源４０から出力された励起光を光ガイド部６０を利用してマルチモード伝搬させているため、シングルモードで励起光を伝搬させる光ファイバを使用する場合よりも、増幅用光ファイバ２０により多くの励起光を供給できる。よって、加工用レーザ光を効率的に増幅できるため、より高出力な加工用レーザ光を出力することが可能である。従って、光増幅モジュール１では、端部２０ｂから安定して高強度な加工用レーザ光を出力できる。
【００４９】
なお、上記のように光吸収用元素Ｅ２は、戻り光としての加工用レーザ光が励起光源４０に到達して励起光源４０が壊れたりするのを防止するためのものである。そのため、第２のガイド用光ファイバ６２に添加される光吸収用元素Ｅ２としては、励起光源４０が壊れたりその動作を不安定にするような影響を与えないように加工用レーザ光の透過を抑制できると共に、励起光を伝搬させることができるものであればよい。
【００５０】
（第２の実施形態）
図８は、光増幅モジュールの他の実施形態の構成を概略的に示す構成図である。光増幅モジュール２は、いわゆる後方励起型の光増幅モジュールである。
【００５１】
光増幅モジュール２では、増幅用光ファイバ２０の端部２０ａに被増幅光源１０が光学的に接続されており、被増幅光源１０から出力された加工用レーザ光は、増幅用光ファイバを端部２０ａから端部２０ｂに向けて伝搬する。また、増幅用光ファイバ２０の端部２０ｂには、光学的モジュール３２が光学的に接続されている。
【００５２】
光学的モジュール３２は、第１の実施形態の光学的モジュール３１と同様に、励起光源４０と光結合手段５０とが光ガイド部６０によって光学的に接続されて構成されている。本実施形態では、光結合手段５０が有する光ファイバ５４が増幅用光ファイバ２０の端部２０ｂに接続されており、光ファイバ５４は、加工用レーザ光に対して入力ポートとして機能すると共に、励起光に対して出力ポートとして機能する。また、光ファイバ５１は出力ポートとして機能する。
【００５３】
光増幅モジュール２の動作について説明する。各励起光源４０から出力された励起光は、第１の実施形態の場合と同様に、光ガイド部６０及び光結合手段５０を介して増幅用光ファイバ２０に入力される。そして、増幅用光ファイバ２０に入力された励起光は端部２０ａに向けて伝搬しながら光増幅用元素Ｅ１を励起する。また、被増幅光源１０から出力された加工用レーザ光は、端部２０ａから増幅用光ファイバ２０に入力されて、増幅用光ファイバ２０内を光結合手段５０に向かって伝搬する。
【００５４】
光増幅用元素Ｅ１が励起された状態で、被増幅光源１０から増幅用光ファイバ２０に加工用レーザ光が入力されると、誘導放出が生じて加工用レーザ光が光増幅される。光増幅された加工用レーザ光は光ファイバ５４及び光結合部５３を介して光ファイバ５１に入力された後、光ファイバ５１の端部から出力される。その結果、光ファイバ５１から高出力な加工用レーザ光が出力されることになる。
【００５５】
光増幅モジュール２が有する光学的モジュール３２の場合にも、励起光源４０と光結合手段５０との間に光ガイド部６０が設けられている。そのため、仮に増幅用光ファイバ２０と光結合手段５０との接続部分におけるＭＦＤミスマッチや軸ズレなどによって光ファイバ５４の第１のクラッド領域内に加工用レーザ光が入射し、その加工用レーザ光が励起光の伝搬方向と反対方向に励起光源４０側に向けて伝搬したとしても、第２のガイド用光ファイバ６２を通過する際に、光吸収用元素Ｅ２によって加工用レーザ光が大きな透過損失を受けることになる。その結果、接続損失などによって生じる損失分としての加工用レーザ光が励起光源４０まで到達することが抑制される。よって、高出力な加工用レーザ光によって励起光源４０が壊れたり不安定になることがないので、安定して高出力な加工用レーザ光を出力することができる。
【００５６】
なお、第１の実施形態の場合と同様に、光学的モジュール３２は励起光源４０を複数有するとしたが、１つでもよい。
【００５７】
（第３の実施形態）
図９は、光増幅モジュールの更に他の実施形態の構成を概略的に示す構成図である。光増幅モジュール３はいわゆる双方向励起型の光増幅モジュールである。
【００５８】
光増幅モジュール３は、増幅用光ファイバ２０の端部２０ａに、第１の実施形態の場合と同様に、光学的モジュール３１が光学的に接続されており、端部２０ｂに第２の実施形態の場合と同様に、光学的モジュール３２が光学的に接続されている。また、光学的モジュール３１が有する光ファイバ５１には、第１の実施形態の場合と同様に、被増幅光源１０が光学的に接続されている。
【００５９】
この構成では、各光学的モジュール３１，３２が有する励起光源４０からの励起光は、端部２０ａ，２０ｂからそれぞれ増幅用光ファイバ２０に入力され、増幅用光ファイバ２０内を伝搬して光増幅用元素Ｅ１を励起する。このように光増幅用元素Ｅ１が励起されたときに、被増幅光源１０から出力された加工用レーザ光が、光学的モジュール３１を介して増幅用光ファイバ２０に入力されると、光増幅される。そして、光増幅された加工用レーザ光は、第２の実施形態の場合と同様にして、端部２０ｂに接続された光結合手段５０を介して光ファイバ５１に入力され、光ファイバ５１の端部から出力される。
【００６０】
この場合も、増幅用光ファイバ２０へ各光学的モジュール３１，３２を利用して励起光を供給しているため、第１及び第２の実施形態の光増幅モジュール１，２の場合と同様に高出力な加工用レーザ光が励起光源４０に入射することがない。その結果、安定して高出力な加工用レーザ光を生成することが可能である。
【００６１】
（第４の実施形態）
図１０は、光増幅モジュールの更に他の実施形態を概略的に示す構成図である。
【００６２】
光増幅モジュール４は、被増幅光源１０と増幅用光ファイバ２０とが光学的モジュール３３によって接続されて構成されている。光学的モジュール３３の構成は、励起光源４０と光結合手段５０とが光ガイド部７０によって光学的に接続されている点で、光学的モジュール３１の構成と主に相違する。この点を中心にして説明する。
【００６３】
光ガイド部７０は、第１及び第２のガイド用光ファイバ７１，７２を有する。第１及び第２のガイド用光ファイバ７１，７２は、第１のガイド用光ファイバ６１と同様のコア領域とクラッド領域とを有し、励起光源４０から出力された励起光をマルチモード伝搬させる。
【００６４】
第１のガイド用光ファイバ７１は、励起光源４０と反対側の端部に光コネクタ７３が接続されたコネクタ付き光ファイバである。光学的モジュール３３では、光コネクタ７３が有するフェルール端面上に、コーティングとしての損失媒体Ｃが設けられており、結果として、第１のガイド用光ファイバ７１のファイバ端面７１ａ上に損失媒体Ｃが設けられている。損失媒体Ｃは、励起光の波長より加工用レーザ光の波長に対してより大きい透過損失を生じせしめるものである。損失媒体Ｃとしては、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５等の誘電体多層膜、ＡｌやＡｕなどの金属膜、希土類元素等である。なお、図１０では、損失媒体Ｃを模式的に表している。
【００６５】
また、光ガイド部７０では、第２のガイド用光ファイバ７２も、端部に光コネクタ７４が接続されたコネクタ付光ファイバである。そして、光コネクタ７３，７４が接続されることで、第１及び第２のガイド用光ファイバ７１，７２が光学的に接続されて光ガイド部７０が構成されている。よって、第１及び第２のガイド用光ファイバ７１，７２の間に損失媒体Ｃが配置されることになる。
【００６６】
光増幅モジュール４の動作は光増幅モジュール１の動作と同様である。すなわち、励起光源４０から出力された励起光は、光ガイド部７０及び光結合手段５０を通して増幅用光ファイバ２０に入力される。これにより、増幅用光ファイバ２０に添加された光増幅用元素Ｅ１が励起される。また、被増幅光源１０から出力された加工用レーザ光は、光学的モジュール３３を通して増幅用光ファイバ２０に入力される。
【００６７】
増幅用光ファイバ２０に加工用レーザ光が入力されたとき、光増幅用元素Ｅ１が励起光によって励起されていると、誘導放出が生じて加工用レーザ光が光増幅される。この光増幅された加工用レーザ光は、端部２０ｂから出力されるので、光増幅モジュール４から高出力な加工用レーザ光が出力されることになる。
【００６８】
光増幅モジュール４が有する光学的モジュール３３でも、励起光源４０と光結合手段５０との間に損失媒体Ｃが設けられている。そのため、仮に増幅用光ファイバ２０と他の光ファイバとの接続部分におけるＭＦＤミスマッチや軸ズレなどによって加工用レーザ光が励起光源４０側に向けて伝搬したとしても、ガイド用光ファイバ７０と光ファイバ５２との間に配置された損失媒体Ｃを通過する際に、加工用レーザ光が大きな透過損失を受ける。その結果、接続損失などによって生じる損失分としての加工用レーザ光が励起光源４０まで到達することが抑制される。このように、損失媒体Ｃが励起光源４０の保護媒体として機能していることで、高出力な加工用レーザ光によって励起光源４０が壊れたり不安定になることがないので、安定して高出力な加工用レーザ光を出力することができる。
【００６９】
なお、第１及び第２のガイド用光ファイバ７１，７２の接続方法は、接続部に損失媒体Ｃが設けられており、励起光源４０からの励起光を光結合手段５０に確実に入力可能に光学的に接続されていれば特に限定されない。例えば、Ｖ字溝などを利用して接続してもよい。また、損失媒体Ｃの配置方法は、第１及び第２のガイド用光ファイバ７１，７２の接続部に設けられていればよい。例えば、第１のガイド用光ファイバ７１のファイバ端面７１ａ及び第２のガイド用光ファイバ７２のファイバ端面７２ａ上の少なくとも一方に設けられていればよい。
【００７０】
また、光ガイド部７０は、図１１に示すように、第２のガイド用光ファイバ７２を有しないものとすることも可能である。
【００７１】
図１１に示した光増幅モジュール５が有する光学的モジュール３４では、光ガイド部７０は、光コネクタ７３が接続された第１のガイド用光ファイバ７１から構成されており、光コネクタ７３のフェルール端面に損失媒体Ｃが設けられることで、ファイバ端面７１ａ上に損失媒体Ｃが配置されている。また、光学的モジュール３４では、光結合手段５０の光ファイバ５２の端部に光コネクタ７４が接続されている。そして、光コネクタ７３，７４を利用して第１のガイド用光ファイバ７１と光ファイバ５２とをコネクタ接続することで、第１のガイド用光ファイバ７１と光結合手段５０とが光学的に接続されている。
【００７２】
前述したように、光コネクタ７３のフェルール端面上には損失媒体Ｃが設けられているので、光ガイド部７０と光結合手段５０とが接続される端面７１ａ，５２ａ間に損失媒体Ｃが配置されることになる。その結果、図１０に示した光学的モジュール３３の場合と同様に、高出力な加工用レーザによって光励起光源４０が壊れたり不安定な動作をすることがない。
【００７３】
光学的モジュール３４では、第１のガイド用光ファイバ７１のファイバ端面７１ａ上に損失媒体Ｃが設けられているとしているが、損失媒体Ｃが光ガイド部７０と光結合手段５０との間に配置されていればよいため、光結合手段５０の一つの端面を構成する光ファイバ５２のファイバ端面５２ａ上に設けることも可能である。また、第１のガイド用光ファイバ７１と光ファイバ５２との接続方法は、それらの間に損失媒体Ｃが配置されるように光学的に接続可能であれば特に限定されず、前述したように、Ｖ字溝を利用することも可能である。
【００７４】
以上、本発明の光学的モジュールの実施形態について説明したが、本発明に係る光学的モジュール及びそれを適用した光増幅モジュールは、第１〜第４の実施形態を利用して説明したものに限定されない。
【００７５】
光増幅モジュール１〜５では被増幅光源１０を備えているが、被増幅光源１０は必ずしも備えていなくてもよい。図１の光増幅モジュール１の場合を例にして説明すると、被増幅光源１０が接続される側の光ファイバ５１の端部と、増幅用光ファイバ２０の出力側の端部２０ｂとによって共振器構造を形成することも可能である。この場合、光増幅モジュール１でレーザ発振させることにより、高強度な波長λＡの光を光増幅モジュール１から出力することができる。
【００７６】
また、光学的モジュール３２を適用した光増幅モジュール２，３においても、光学的モジュール３２の代わりに光学的モジュール３３，３４を適用したものとすることも可能である。
【００７７】
また、光結合手段５０は、光ファイバ５１，５２，５４及び光結合部５３を有するとしたが、励起光をマルチモードで出力するファイバ構造を有しており、励起光を増幅用光ファイバ２０に入力できると共に、被増幅光を増幅用光ファイバ２０に入力（又は増幅用光ファイバ２０において光増幅された被増幅光を出力）可能な光カプラであればよい。
【００７８】
また、光学的モジュール３１，３２が有する光ガイド部６０は第２のガイド用光ファイバ６２のみからなるとすることも可能である。更にまた、損失媒体としての光吸収用元素Ｅ２は、第１及び第２のガイド用光ファイバ６１，６２の少なくとも一方に添加されていればよい。
【００７９】
更に、これまでの説明では、光増幅モジュール１〜５は、光加工システムに用いられるファイバレーザ光源とし、被増幅光源１０からはレーザ加工用のレーザ光が出力されるとしたが、これに限定されず、光通信システムなどにおいて、光通信用の信号光を出力するものとすることも可能である。更にまた、増幅用光ファイバ２０は、ダブルクラッド型の光ファイバとしたが、励起光をマルチモード伝搬可能な光ファイバであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係る光学的モジュールの一実施形態を適用した光増幅モジュールの一実施形態の構成を概略的に示す構成図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示した増幅用光ファイバの長手方向に略直交する断面図である。図２（ｂ）は、増幅用光ファイバの径方向における屈折率分布を示す図である。
【図３】図１に示した光結合手段の具体的な構成の一例の斜視図である。
【図４】第２のガイド用光ファイバの長手方向に略直交する断面図である。
【図５】Ｙｂの吸収・放出特性を示す図である。
【図６】Ｔｍの吸収特性を示す図である。
【図７】比較用の光増幅モジュールの構成を概略的に示す構成図である。
【図８】図１に示した光増幅モジュールの他の実施形態の構成を概略的に示す構成図である。
【図９】図１に示した光増幅モジュールの更に他の実施形態の構成を概略的に示す構成図である。
【図１０】本発明に係る光学的モジュールの他の実施形態を適用した光増幅モジュールの構成を概略的に示す構成図である。
【図１１】本発明に係る光学的モジュールの更に他の実施形態を適用した光増幅モジュールの構成を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
【００８１】
１〜５…光増幅モジュール、２０…増幅用光ファイバ、３１〜３４…光学的モジュール、４０…励起光源、５０…光結合手段、５４…光ファイバ（ファイバ構造）、５２ａ…ファイバ端面（光結合手段の端面）、６０，７０…光ガイド部、６１，７１…第１のガイド用光ファイバ、６２，７２…第２のガイド用光ファイバ、７１ａ…ファイバ端面（光ガイド部の端面）、Ｅ２…光吸収用元素（損失媒体）、Ｃ…損失媒体。
【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】
2007294534.tif 000009
【図８】
2007294534.tif 000010
【図９】
2007294534.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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