(57)【要約】【課題】温度、振動、湿度などの耐環境性に優れた光ファイバレーザ装置を提供すること。【解決手段】両端部が閉塞され、周壁部に２つの開口部を備え、内周面に前記２つの開口部を連結する螺旋状の溝部１５を備えた円筒体１０と、中途部が前記溝部１５に嵌め込まれ、両端部が前記開口部を通して前記円筒体１０から引き出される光ファイバ３０と、前記円筒体１０に設けられ、前記円筒体１０を介して前記光ファイバ３０を冷却する空冷フィン１６及び水冷配管１７とを備え、前記溝部１５は、前記円筒体１０の径方向外側に向かって延びる第１の凹部１５ａと、前記第１の凹部１５ａから下方に向かって延びる第２の凹部１５ｂとから構成され、前記光ファイバ３０は、前記溝部１５の第２の凹部１５ｂに収納されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端部が閉塞され、周壁部に第１、第２の開口部を備え、内周面に前記第１、第２の開口部を連結する螺旋状の溝部を備えた円筒体と、
中途部が前記溝部に嵌め込まれ、両端部が前記第１、第２の開口部を通して前記円筒体から引き出される光ファイバと、
前記円筒体に設けられ、前記円筒体を介して前記光ファイバを冷却する冷却手段とを備え、
前記溝部は、前記円筒体の径方向外側に向かって延びる第１の凹部と、前記第１の凹部から下方に向かって延びる第２の凹部とから構成され、
前記光ファイバは、前記溝部の第２の凹部に収納されていることを特徴とする光ファイバレーザ装置。
【請求項２】
前記円筒体に固定され、前記円筒体と反対側の端面に穴部を備え、前記第１、第２の開口部を通して前記円筒体から引き出された光ファイバの各端部を収納する筒状部材と、
前記穴部に嵌め込まれ、前記円筒体内と前記筒状部材内を密閉する透光性部材とをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の光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、光ファイバを用いてレーザの発振もしくは増幅を行う光ファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ媒体として光ファイバを用いたレーザ装置、いわゆる光ファイバレーザ装置が知られている。この光ファイバレーザ装置は、光ファイバのコアに添加された希土類イオン等のレーザ媒質に、半導体レーザ等の励起源から励起光を入射させて、レーザ光の発振、あるいは増幅を行うものである。
【０００３】
したがって、光ファイバの両側には、一般的な固体レーザと同じく、反射ミラーと出力ミラーが配置されており、各ミラーと光ファイバーの端面との間には、ミラーからの光を光ファイバ内に導くためのレンズが配置されている。また、一般的に光ファイバは、湿気に弱いため、所定湿度に維持された窒素雰囲気内に保持されている。
【０００４】
ところで、光ファイバレーザ装置では、光ファイバの温度上昇により、レーザ特性の低下や、増幅器特性の低下（例えば、発振閾値の上昇、変換効率の低下等）が生じることがある。また、クラッドを保護するための被覆部材が熱的損傷を受けて劣化することがある。
【０００５】
このような事態を避けるために、図７に示すように、熱伝導性の良い金属製の本体１００に形成された環状溝１０１に光ファイバ１０２を収納して、当該本体１００を通して光ファイバ１０２の熱を排出させる光ファイバレーザ装置が開発されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００６】
また、これと似たタイプとして、熱伝導性の良い金属製の円柱体に光ファイバを巻きつけて、当該円柱体を通して光ファイバの熱を排出させる光ファイバレーザ装置も開発されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【特許文献１】特開平５−３０７１１７号公報
【特許文献２】特開２００１−２７４４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の光ファイバレーザ装置には、以下のような問題がある。
【０００８】
例えば、特許文献１に記載された光ファイバレーザ装置では、光ファイバが固定されていないため、環状溝の内部で光ファイバが動いてしまい、振動の多い環境での使用は殆んど不可能に近い。さらに、光ファイバが互いに重なり合うと、本体と光ファイバとの接触面積が減り、光ファイバの冷却効果が低下する。
【０００９】
また、特許文献２に記載された光ファイバレーザ装置では、光ファイバが円柱体の外周面に巻き付けられているため、光ファイバのまっすぐになろうとする性質により、巻きが緩んで光ファイバが脱落するという問題がある。さらに、レーザの発振や増幅が行われると、光ファイバが熱膨張して円柱体から浮き上がるため、円柱体と光ファイバとの接触面積が減り、光ファイバの冷却効果が低下する。
【００１０】
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、温度、振動、湿度などの耐環境性に優れた光ファイバレーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の光ファイバレーザ装置は次のように構成されている。
【００１２】
すなわち、光ファイバレーザ装置は、両端部が閉塞され、周壁部に第１、第２の開口部を備え、内周面に前記第１、第２の開口部を連結する螺旋状の溝部を備えた円筒体と、中途部が前記溝部に嵌め込まれ、両端部が前記第１、第２の開口部を通して前記円筒体から引き出される光ファイバと、前記円筒体に設けられ、前記円筒体を介して前記光ファイバを冷却する冷却手段とを備え、前記溝部は、前記円筒体の径方向外側に向かって延びる第１の凹部と、前記第１の凹部から下方に向かって延びる第２の凹部とから構成され、前記光ファイバは、前記溝部の第２の凹部に収納されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、温度、振動、湿度などの耐環境性に優れた光ファイバレーザ装置を提供すること。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の第１、第２実施形態について詳細に説明する。  
（第１実施形態）  
図１は本発明の第１実施形態に係る光ファイバレーザ装置の平面図、図２は同実施形態に係る光ファイバレーザ装置の正面図、図３は同実施形態に係る光ファイバレーザ装置の側面図である。
【００１５】
図１〜図３に示すように、本実施形態の光ファイバレーザ装置は、円筒体１０を備えている。この円筒体１０は、軸芯線が略垂直となるように配置されており、その上下の開口部には上蓋１１と下蓋１２が円筒体１０の内部を密閉するように嵌め込まれている。なお、円筒体１０と上下蓋１１、１２は、アルミや銅等の熱伝導率が高い素材で形成されている。
【００１６】
また、円筒体１０の周壁部には、光ファイバ３０（後述する）の両端部を円筒体１０から引き出すための開口部１３ａ，１３ｂが形成されている。開口部１３ａ，１３ｂは、光ファイバ３０よりも僅かに大きく形成されており、正面から見ると楕円状をしている。
【００１７】
また、円筒体１０の内周面には、光ファイバ３０の中途部を嵌め込むための溝部１５が形成されている。この溝部１５は螺旋状をしており、前記２つの開口部１３ａと開口部１３ｂを連結している。
【００１８】
図４は同実施形態に係る溝部１５の断面図である。  
図４に示すように、螺旋状の溝部１５は、円筒体１０の径方向外側に延びる第１の凹部１５ａと、第１の凹部１５ａの最も径方向の外側部から下方に延びる第２の凹部１５ｂとから構成されている。
【００１９】
第２の凹部１５ｂには、光ファイバ３０が収納されている。この光ファイバ３０は、コアとクラッドから構成されており、コア内には希土類イオン等のレーザ媒質が添加されている。光ファイバ３０の両端部は、それぞれ開口部１３ａと開口部１３ｂを通って円筒体１０の外に引き出されている。
【００２０】
ところで、光ファイバ３０には、曲げられたときにまっすぐになろうとする性質、すなわち拡径しようとする性質がある。これは、光ファイバ３０の製法に起因する性質である。
【００２１】
したがって、螺旋状の溝部１５に収納された光ファイバ３０は、前述のまっすぐになろうとする性質により、円筒体１０の内周面にしっかり密着することになる。その結果、光ファイバ３０と円筒体１０との間には大きな摩擦力が作用するから、光ファイバレーザ装置に大きな振動が加わっても、光ファイバ３０は殆んど動くことがない。また、光ファイバ３０は、その重量により溝部１５を構成する第２の凹部１５ｂの底面に密着することになる。これにより、光ファイバ３０は、第２の凹部１５ｂの底面と第２の凹部１５ｂの外周面とに１箇所ずつ、すなわち円筒体１０に対して２箇所で接触するから、円筒体１０と光ファイバ３０との間における大きな熱流路が形成される。
【００２２】
円筒体１０の外周面には、空冷フィン１６と水冷配管１７とが螺旋状に設けられている。空冷フィン１６は、光ファイバレーザ装置の外の気体との間で熱交換を行う。水冷配管１７は、その内部を流れる冷却水との間で熱交換を行う。これにより、レーザの発振や増幅により光ファイバ３０で発生した熱は、円筒体１０を通って空冷フィン１６や水冷配管１７から逃がされる。
【００２３】
円筒体１０の外周面には、端部材１８ａと端部材１８ｂが固定されている。端部材１８ａ，１８ｂの素材としては、円筒体１０と同様に、アルミや銅などの熱伝導率が良い金属が使用される。
【００２４】
これら端部材１８ａ，１８ｂは、いずれも細長い円筒状をしており、その周壁部により前記円筒体１０の開口部１３ａ，１３ｂを取り囲んでいる。すなわち、開口部１３ａ，１３ｂは、それぞれ端部材１８ａ，１８ｂの内側に位置している。
【００２５】
これにより、円筒体１０の内部と端部材１８ａ，１８ｂの内部が互いに連通し、円筒体１０の内部から端部材１８ａ，１８ｂの内部に亘る１つの空間部が構成される。光ファイバ３０の両端部は、それぞれ円筒体１０の開口部１３ａと開口部１３ｂから引き出されて、これら端部材１８ａ内と端部材１８ｂ内に収納される。
【００２６】
また、端部材１８ａ，１８ｂは、それぞれ円筒体１０と反対側の端面に穴部２０ａ，２０ｂを備えていて、各穴部２０ａ，２０ｂ内にはそれぞれ窓部材２１ａ，２１ｂが嵌め込まれている。窓部材２１ａ，２１ｂの材料としては、透光性を有するガラス材が使用される。
【００２７】
図５は同実施形態に係る端部材１８ａ，１８ｂの断面図である。  
図５に示すように、端部材１８ａと窓部材２１ａとの間、及び端部材１８ｂと窓部材２１ｂとの間には、それぞれＯリング２２ａとＯリング２２ｂが介装され、円筒体１０内および端部材１８ａ，１８ｂ内は完全に密閉されている。この密閉空間は、所定湿度に保たれている。これにより、内部に保持される光ファイバ３０は、湿気から保護される。
【００２８】
また、端部材１８ａ，１８ｂの内部には、それぞれ支持部材２３ａ，２３ｂが設けられている。端部材１８ａ，１８ｂに収納された光ファイバ３０の両端部は、これら支持部材２３ａ，２３ｂによりそれぞれ支持されており、その先端面が前記窓部材２１ａ，２１ｂに向けられている。
【００２９】
次に、本実施形態に係る光ファイバレーザ装置の作用について説明する。
【００３０】
本実施形態における光ファイバ３０は、円筒体１０の内周面に形成された螺旋状の溝部１５内に収納されている。そのため、光ファイバ３０は、そのまっすぐになろうとする性質により、円筒体１０の内周面にしっかりと密着することになる。
【００３１】
このように、円筒体１０に対する光ファイバ３０の密着力が増すと、光ファイバ３０は円筒体１０に対して動き難くなるから、大きな振動が発生する環境下でも、円筒体１０から浮き上がることなく、十分な機能を発揮することができる。また、光ファイバ３０が熱膨張しても、光ファイバ３０が円筒体１０から浮き上がることが無くなる。さらに、光ファイバ３０が螺旋状の溝部１５に嵌め込まれているので、光ファイバ３０同士が重なり合うことも無い。
【００３２】
また、本実施形態における光ファイバ３０は、第２の凹部１５ｂの底面と第２の凹部１５ｂの外周面とに接触している。すなわち、従来の光ファイバレーザ装置に比べて、円筒体１０と光ファイバ３０との接触面積が大きい。そのため、光ファイバ３０で発生した熱は、円筒体１０に効率良く排出される。
【００３３】
（第２実施形態）  
次に、図６を用いて本発明の第２実施形態を説明する。  
図６は本発明の第２実施形態に係る光ファイバレーザ発振器の平面図である。  
図６に示すように、本実施形態の光ファイバレーザ発振器は、第１実施形態における光ファイバレーザ装置に対して、半導体レーザ５１ａ，５１ｂ、コリメートレンズ５２ａ，５２ｂ、ダイクロイックミラー５３ａ，５３ｂ、集光レンズ５４ａ，５４ｂ、全反射ミラー５５、及び出力ミラー５６が付加されたものである。
【００３４】
半導体レーザ５１ａ，５１ｂは、それぞれ光ファイバ３０のコアに添加されたレーザ媒質を励起させる励起光ａを発振するものである。なお、本実施形態では、励起光量を多くするために、２つの半導体レーザ５１ａ，５１ｂが使用されているが、出力するレーザ光のレベル次第で１つを減らしても良い。
【００３５】
コリメートレンズ５２ａ，５２ｂは、それぞれ半導体レーザ５１ａ，５１ｂからの励起光ａをコリメートするものである。ダイクロイックミラー５３ａ，５３ｂは、それぞれ半導体レーザ５１ａ，５１ｂからの励起光ａを反射して光ファイバ３０の端部に導き、かつ全反射ミラー５５や出力ミラー５６で反射したレーザ光ｂを透過させるものである。
【００３６】
集光レンズ５４ａ，５４ｂは、それぞれダイクロイックミラー５３ａ，５３ｂで反射した励起光ａやダイクロイックミラー５３ａ，５３ｂで反射したレーザ光ｂを収束し、光ファイバ３０の端部に入射させるものである。
【００３７】
全反射ミラー５５は、光ファイバ３０から出射したレーザ光ｂを全反射させるものである。出力ミラー５６は、光ファイバ３０から出射したレーザ光ｂを反射させるとともに、その一部を出力として透過させるものである。
【００３８】
このように、光ファイバレーザ発振器に対して、第１実施形態で述べた光ファイバレーザ装置を搭載しても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３９】
なお、本実施形態では、レーザ発振器について説明したが、本発明は之に限定されるものではなく、例えば光ファイバを用いてレーザ動作させるものであれば、例えばレーザ増幅器に適用されることもある。
【００４０】
本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光ファイバレーザ装置の平面図。
【図２】同実施形態に係る光ファイバレーザ装置の正面図。
【図３】同実施形態に係る光ファイバレーザ装置の側面図。
【図４】同実施形態に係る溝部の断面図。
【図５】同実施形態に係る端部材の断面図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る光ファイバレーザ発振器の平面図。
【図７】従来の光ファイバレーザ装置の平面図。
【符号の説明】
【００４２】
１０…円筒体、１３ａ…開口部（第１の開口部）、１３ｂ…開口部（第２の開口部）、１５…溝部、１５ａ…第１の凹部、１５ｂ…第２の凹部、１６…空冷フィン（冷却手段）、１７…水冷配管（冷却手段）、１８ａ…端部材（筒状部材）、１８ｂ…端部材（筒状部材）、２０ａ…穴部、２０ｂ…穴部、２１ａ…窓部材（透光性部材）、２１ｂ…窓部材（透光性部材）、３０…光ファイバ。
【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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