(57)【要約】【課題】  効率良く光を増幅することができる増幅用偏波保持ファイバ、及び、それを用いたファイバレーザ装置を提供する。【解決手段】  増幅用偏波保持ファイバ１０は、活性元素が添加されるコア１１と、コア１１を囲む第一クラッド１２と、第一クラッド１２を囲み第一クラッド１２の屈折率よりも低い屈折率の第二クラッド１３と、コア１１を挟んで第一クラッド１２の外周で囲まれる領域内に設けられる断面形状が円形の一対の応力付与部１５と、を備え、一対の応力付与部１５の屈折率は第一クラッド１２の屈折率よりも低く、前記領域における一対の応力付与部１５の占める面積の比率は１７％以上とされる。【選択図】    図１
2016051804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性元素が添加されるコアと、
前記コアを囲む第一クラッドと、
前記第一クラッドを囲み前記第一クラッドの屈折率よりも低い屈折率の第二クラッドと、
前記コアを挟んで前記第一クラッドの外周で囲まれる領域内に設けられる断面形状が円形の一対の応力付与部と、
を備え、
前記一対の応力付与部の屈折率は前記第一クラッドの屈折率よりも低く、
前記領域における前記一対の応力付与部の占める面積の比率は１７％以上とされる
ことを特徴とする増幅用偏波保持ファイバ。
【請求項２】
前記比率は３３％以下とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の増幅用偏波保持ファイバ。
【請求項３】
前記比率は２７％以下とされる
ことを特徴とする請求項２に記載の増幅用偏波保持ファイバ。
【請求項４】
前記応力付与部の前記第一クラッドに対する比屈折率差は−０．５％以下とされる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の増幅用偏波保持ファイバ。
【請求項５】
前記応力付与部の前記第二クラッドに対する比屈折率差は８％以下とされる
ことを特徴とする請求項４に記載の増幅用偏波保持ファイバ。
【請求項６】
前記第一クラッドの外径は１５０μｍ以上とされる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の増幅用偏波保持ファイバ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の増幅用偏波保持ファイバと、
前記コアに入射する前記所定波長の種光を出射する種光源と、
前記第一クラッドに入射し前記活性元素を励起する励起光を出射する励起光源と、
を備える
ことを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の増幅用偏波保持ファイバと、
前記第一クラッドに入射し前記活性元素を励起する励起光を出射する励起光源と、
前記増幅用偏波保持ファイバの一方側に設けられ、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うち前記所定波長の光を反射する第一ＦＢＧと、
前記増幅用偏波保持ファイバの他方側に設けられ、前記第一ＦＢＧが反射する光と同じ波長の光を前記第一ＦＢＧよりも低い反射率で反射する第二ＦＢＧ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、効率良く光を増幅することができる増幅用偏波保持ファイバ、及び、それを用いたファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。特に加工分野で用いられるファイバレーザ装置には高出力化が求められる。ファイバレーザ装置には、希土類元素等の活性元素が添加された増幅用光ファイバが用いられている。
【０００３】
また、光ファイバとして、コアを挟んだ位置に応力付与部が設けられた偏波保持ファイバが知られている。偏波保持ファイバは、互いに直交する偏波間の伝搬定数に差を与えることで、それぞれの偏波を維持し、出射端での偏光状態を安定させることができる。
【０００４】
このような偏波保持ファイバを用いた増幅用光ファイバが知られている（例えば、下記特許文献１）。このような増幅用光ファイバは増幅用偏波保持ファイバと呼ばれる場合がある。この増幅用偏波保持光ファイバによれば、偏波を維持しつつ光を増幅することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−３８９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の増幅用偏波保持ファイバでは、単に偏波保持するための応力付与部が設けられていれば良いと考えられていた。一般的に、偏波保持ファイバの製造方法は、プリフォームのクラッドガラス体に貫通孔を形成して、当該貫通孔に応力付与部となるガラスロッドを挿入する工程を備える。そうすると、応力付与部の大きさが必要以上に大きい場合、必然的にプリフォームに形成する貫通孔の径が大きくなり、工程が複雑化すると共に製造コストが嵩む懸念がある。このため、特許文献１に記載の増幅用偏波保持ファイバでは、応力付与部が然程大きく無い。
【０００７】
しかし、本発明者は、応力付与部の大きさによっては、増幅用偏波保持ファイバが効率良く励起光を吸収することができる場合があることを見出した。
【０００８】
そこで、本発明は、効率良く光を増幅することができる増幅用偏波保持ファイバ、及び、それを用いたファイバレーザ装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の増幅用偏波保持ファイバは、活性元素が添加されるコアと、前記コアを囲む第一クラッドと、前記第一クラッドを囲み前記第一クラッドの屈折率よりも低い屈折率の第二クラッドと、前記コアを挟んで前記第一クラッドの外周で囲まれる領域内に設けられる断面形状が円形の一対の応力付与部と、を備え、前記一対の応力付与部の屈折率は前記第一クラッドの屈折率よりも低く、前記領域における前記一対の応力付与部の占める面積の比率は１７％以上とされることを特徴とするものである。
【００１０】
第一クラッドを励起光が伝搬する場合、第一クラッドよりも屈折率が低い応力付与部には励起光が入り込みづらい。従って、第一クラッドの屈折率よりも低い屈折率の応力付与部が第一クラッド内に設けられることにより、第一クラッドにおける励起光のパワー密度が高くなる傾向がある。この傾向は、コアの周りでも同様であるため、パワーの高い励起光がコアに入り込んで活性元素に吸収される。従って、上記のように応力付与部が設けられることにより、効率良く励起光を吸収することができる。しかも、第一クラッドの外周で囲まれる領域における一対の応力付与部の占める面積の比率が１７％以上とされることで、応力付与部が設けられない場合と比べて、励起光の単位長さ当たりの吸収量が１．５倍以上となることが分かった。従って、本発明の増幅用偏波保持ファイバによれば、効率良く光を増幅することができる。なお、断面形状が円形の一対の応力付与部を第一クラッドの外周で囲まれる領域に設ける場合、コアの直径と第一クラッドの外経との差や第一クラッドの外形にもよるが、例えば、第１クラッドの外形が円形の場合、一般的に前記比率の上限は概ね４２％程度となる。
【００１１】
また、前記比率は３３％以下とされることが好ましい。断面形状が円形の一対の応力付与部を第一クラッドの外周で囲まれる領域に設ける場合、一般的に前記比率を約４２％まで上げることができる。しかし、当該比率を３３％以下とすることで、一般的なプリフォームを用いて容易に応力付与部を設けることができる。
【００１２】
さらに、前記比率は２７％以下とされることが好ましい。前記比率が２７％以下とされることにより、ファイバレーザ装置に用いられる一般的な増幅用偏波保持ファイバにおいて、応力付与部をコアから十分に離して配置することができ、コアを伝搬する光を良好な状態とすることができる。
【００１３】
また、前記応力付与部の前記第一クラッドに対する比屈折率差は−０．５％以下とされることが好ましい。応力付与部の第一クラッドに対する比屈折率差がこのように大きくされることで、応力付与部に入り込む励起光をより少なくすることができる。これにより第一クラッド内における励起光のパワー密度を上げることができ、より効率良く光を増幅することができる。
【００１４】
更にこの場合、前記応力付与部の前記第二クラッドに対する比屈折率差は８％以下とされることが好ましい。このようにすることで、第一クラッド内を伝搬する最大のＮＡ（Numerical Aperture：開口数）成分の励起光であっても、応力付与部に入り込むことを低減することができ、励起光のパワー密度を上げることができる。
【００１５】
また、前記第一クラッドの外径は１５０μｍ以上とされても良い。
【００１６】
また、本発明のファイバレーザ装置は、上記に記載のいずれかの増幅用偏波保持ファイバと、前記コアに入射する前記所定波長の種光を出射する種光源と、前記第一クラッドに入射し前記活性元素を励起する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。
【００１７】
また、本発明の他のファイバレーザ装置は、上記に記載のいずれかの増幅用偏波保持ファイバと、前記第一クラッドに入射し前記活性元素を励起する励起光を出射する励起光源と、前記増幅用偏波保持ファイバの一方側に設けられ、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うち前記所定波長の光を反射する第一ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）と、前記増幅用偏波保持ファイバの他方側に設けられ、前記第一ＦＢＧが反射する光と同じ波長の光を前記第一ＦＢＧよりも低い反射率で反射する第二ＦＢＧと、を備えることを特徴とするものである。
【００１８】
これらのファイバレーザ装置では、増幅用偏波保持ファイバにおいて効率良く光を増幅することができるため、消費エネルギーを抑えることができたり、パワーのより大きな光を出射することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、効率良く光を増幅することができる増幅用偏波保持ファイバ、及び、それを用いたファイバレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る増幅用偏波保持ファイバの長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。
【図２】図１の増幅用偏波保持ファイバを用いたファイバレーザ装置を示す図である。
【図３】図１の増幅用偏波保持ファイバを用いた他のファイバレーザ装置を示す図である。
【図４】実施例１，２及び比較例１〜１２について、励起光のパワー密度とイッテルビウムの単位量当たりの励起光の吸収量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る増幅用偏波保持ファイバ、及び、それを用いた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。なお、理解の容易のため、それぞれの図のスケールと、以下の説明に記載のスケールとが異なる場合がある。
【００２２】
＜増幅用偏波保持ファイバについての説明＞
図１は、本発明の実施形態に係る増幅用偏波保持ファイバの長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。
【００２３】
図１に示すように本実施形態の増幅用偏波保持ファイバ１０は、コア１１と、コア１１の外周面を隙間なく囲む第一クラッド１２と、第一クラッド１２の外周で囲まれる領域内においてコア１１を挟んで設けられる一対の応力付与部１５と、第一クラッド１２の外周面を隙間なく囲む第二クラッド１３と、第二クラッド１３を被覆する被覆層１４とを主な構成として備える。
【００２４】
コア１１、第一クラッド１２、それぞれの応力付与部１５、第二クラッド１３の断面の形状は、それぞれ円形とされる。コア１１の直径は、例えば２０μｍ〜３０μｍとされる。
【００２５】
コア１１の屈折率は第一クラッド１２の屈折率よりも高く、コア１１の第一クラッド１２に対する比屈折率差は例えば０．００５％以上０．３％以下とされる。従って、第一クラッド１２が、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英から構成される場合、コア１１は、例えば、屈折率を上昇するゲルマニウム等のドーパントが添加された石英から構成される。
【００２６】
また、コア１１には、上記ドーパントの他に励起光により励起状態とされる活性元素が添加されている。増幅用偏波保持ファイバ１０がファイバレーザ装置に使用される場合、活性元素として例えばイッテルビウム（Ｙｂ）を挙げることができる。このような活性元素として、主に希土類元素が挙げられ、希土類元素としては上記イッテルビウムの他にツリウム（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）等が挙げられる。
【００２７】
第一クラッド１２は、上記のように、何らドーパントが添加されていない純粋石英から構成されても良いが、フッ素等の屈折率が下がるドーパントが加えられた石英から構成されても良い。第一クラッド１２の外径は、例えば、増幅用偏波保持ファイバ１０がファイバレーザ装置に使用される場合、１２５μｍ〜２５０μｍとされ、１５０μｍ以上とされることが、より高いパワーの励起光を入射できる観点から好ましい。
【００２８】
第二クラッド１３の屈折率は第一クラッド１２の屈折率よりも低く、第二クラッド１３の第一クラッド１２に対する比屈折率差は例えば−５．０％〜−８．５％とされる。また、第一クラッド１２のＮＡは、例えば０．４６以上とされることが好ましいため、第二クラッド１３は、樹脂から成ることが好ましい。
【００２９】
一対の応力付与部１５は、一対の応力付与部１５を結ぶ方向と、この方向に垂直な方向とで、コア１１に異なる応力を加える部位である。その為、一対の応力付与部１５は、互いに同じ形状・大きさとされて、第一クラッド１２の外周で囲まれる領域内において、コア１１を挟んで、それぞれコア１１から離間して設けられている。こうして、この一対の応力付与部１５は、コア１１に対して、一対の応力付与部１５を結ぶ方向に引っ張り応力を与え、この方向に垂直な方向に圧縮応力を与える。このため、光弾性効果により複屈折率が誘起され、これらの互いに垂直な２つの方向の偏波モードで異なる伝搬定数を有する。この複屈折率Ｂは、２×１０−４以上とされる。
【００３０】
応力付与部１５の屈折率は第一クラッド１２の屈折率よりも低く、応力付与部１５の第一クラッド１２に対する比屈折率差は、例えば−０．４％〜−１．０％とされる。また、この比屈折率差は、−０．５%以下とされることが好ましい。このように比屈折率差が低くされることにより、第一クラッド１２を伝搬する光が応力付与部に入り込むことをより低減することができる。また、応力付与部１５の第二クラッド１３に対する比屈折率差は例えば４％〜８％とされる。このようにすることで、第一クラッド内を伝搬する最大のＮＡ成分の励起光であっても、応力付与部に入り込むことを低減することができる。
【００３１】
また、第一クラッド１２の外周で囲まれる領域における一対の応力付与部１５の占める面積の比率は１７％以上とされる。従って、第一クラッド１２の外径が例えば２５０μｍとされる場合、それぞれの応力付与部１５の直径は約７２．８９μｍ以上とされる。また、上記のように、本実施形態では、コア１１、第一クラッド１２の外形が円形とされるため、例えば、コア１１の直径が例えば２０μｍとされ、第一クラッド１２の直径が例えば２５０μｍとされる場合、それぞれの応力付与部の直径は最大で１１５μｍとすることができる。この場合、上記比率は約４２％となる。
【００３２】
また、上記比率は３３％以下とされることが好ましい。一般的に、増幅用偏波保持ファイバは、プリフォームのクラッドガラス体に貫通孔を形成して、当該貫通孔に応力付与部となるガラスロッドを挿入して、その後、ガラスロッドが挿入されたプリフォームを線引きすることで、製造される。このときに用いられるプリフォームの直径は一般的に４０ｍｍとされる。そして、上記の貫通孔を形成するためには、貫通孔とプリフォームの外周面との間に少なくとも２ｍｍの間隔が必要とされ、コア１１となるプリフォームのコアガラス体の外周面と貫通孔との間には少なくとも０．２ｍｍの間隔が必要とされる。
【００３３】
ここで、図１に示すように、コア１１の直径を２ａμｍとし、第一クラッド１２の外径を２ｂμｍとし、それぞれの応力付与部１５の直径をＤμｍとし、一対の応力付与部１５の間隔をＲμｍとし、第一クラッド１２の外周面と応力付与部１５との距離をｘμｍとし、コア１１と応力付与部とのとの距離をｙμｍとする。この場合、
２ｂ＞２ｘ＋２Ｄ＋Ｒ
Ｒ＞２ａ＋２ｙ
が成り立つ。
【００３４】
また、上記のプリフォームに貫通孔をあける際の制限より、
ｘ＝２×２ｂ／４０
ｙ＝０．２×２ｂ／４０
が成り立つ。
【００３５】
ファイバレーザ装置に用いられる増幅用偏波保持ファイバでは、一般的に、コア１１の直径は少なくとも２０μｍとされ、第一クラッドの外径は２５０μｍ以下とされる。上記のように４０ｍｍのプリフォームを用いて、コア１１の直径が２０μｍで第一クラッド１２の外径が２５０μｍの増幅用偏波保持ファイバ１０を作成すると、上式より、応力付与部１５の直径Ｄの最大値は、１０１．２５μｍとなる。このときの上記比率が３３％となるのである。従って、上記比率を３３％以下とすることで、一般的な直径が４０ｍｍのプリフォームを用いて、貫通孔とプリフォームとの間に２ｍｍの間隔をあけ、コアガラス体の外周面と貫通孔との間に０．２ｍｍ以上の間隔をあけて、貫通孔を形成することができる。従って、一般的なプリフォームを用いて容易に応力付与部１５を設けることができる。
【００３６】
また、さらに上記比率は２７％以下とされることがより好ましい。応力付与部１５によるコア１１を伝搬する光の損失を無視できる程度まで小さくするためには、一対の応力付与部１５の間隔Ｒが当該光のモードフィールド直径の２．６３倍以上あればよい。応力付与部１５の間隔Ｒが当該光のモードフィールド直径の２．６３倍とされる場合、基本モードの光で考察すると、応力付与部１５の最もコア１１に近い場所での電場の強さはコア１１の中心での電場の強さの１／１０００倍となり、光の損失に殆ど影響がない。そこで、上記のようにファイバレーザ装置に用いられる増幅用偏波保持ファイバでは、一般的に第一クラッド１２の外径は２５０μｍ以下とされ、また、一般的に当該光ファイバにおけるモードフィールド直径は、１４．６μｍ以上とされる。そこで、第一クラッド１２の外径を２５０μｍとして、一対の応力付与部の間隔Ｒを１４．６×２．６３とすると、応力付与部１５の直径Ｄは約９３．３μｍとなる。この場合、上記比率は概ね２７％となる。従って、上記比率が２７％以下とされることで、応力付与部１５によるコア１１を伝搬する光の損失を無視できるほど小さくすることができる。
【００３７】
なお、被覆層１４は、紫外線硬化樹脂等の樹脂から成る。
【００３８】
このような増幅用偏波保持ファイバ１０のコア１１に入射する光は次のように増幅される。コア１１に添加される活性元素が例えばイッテルビウムの場合、コア１１には例えば波長が１０７０μｍの光が入射し、第一クラッド１２には例えば波長が９１５μｍの励起光が入射する。コア１１に入射した種光はコア１１を伝搬し、第一クラッド１２に入射した励起光は第一クラッド１２を主に伝搬してコア１１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がコア１１を伝搬する光により誘導放出を起こして当該光が増幅する。
【００３９】
このとき、コア１１は、上記のように応力付与部１５により、一対の応力付与部１５を結ぶ方向の偏波と、この方向に垂直な方向の偏波とで伝搬定数が異なる。このため、コア１１を伝搬する光は、上記のように光が増幅されつつも偏波の状態が維持される。
【００４０】
またこのとき、第一クラッド１２を伝搬する励起光は、応力付与部１５の屈折率が第一クラッド１２の屈折率よりも低いため、応力付与部１５に入り込みづらい。従って、本実施形態の増幅用偏波保持ファイバ１０では、応力付与部１５が設けられない場合と比べて、第一クラッド１２における励起光のエネルギー密度が高い。従って、エネルギー密度の高い励起光が、第一クラッド１２からコア１１を横切るため、効率良く活性物質に励起光を吸収させることができる。特に本実施形態の増幅用偏波保持ファイバ１０では、上記のように第一クラッド１２の外周で囲まれる領域における一対の応力付与部１５の占める面積の比率は１７％以上とされる。このため、増幅用偏波保持ファイバ１０は、応力付与部が設けられない場合と比べて、励起光の単位長さ当たりの吸収量を１．５倍以上とすることができる。また、上記のように応力付与部１５の第一クラッド１２に対する比屈折率差が−０．５％以下とされる場合、応力付与部１５に入り込む励起光をより低減することができるため、第一クラッド１２における励起光のエネルギー密度をより高くすることができ、より効率良く活性物質に励起光を吸収させることができる。
【００４１】
また、応力付与部１５の外周面で励起光が反射することにより、スキュー光を低減することができる。
【００４２】
＜ファイバレーザ装置についての説明＞
次に上記の増幅用偏波保持ファイバ１０を用いたファイバレーザ装置について図２を参照して説明する。図２は、本実施形態のファイバレーザ装置を示す図である。図２に示すように、本実施形態におけるファイバレーザ装置１は、種光となる光を出射する種光源２０と、励起光を出射する励起光源３０と、種光及び励起光が入力する光コンバイナ４０と、光コンバイナ４０から出射する種光及び励起光が入力する図１の増幅用偏波保持ファイバ１０とを主な構成として備える。
【００４３】
種光源２０は、例えば、半導体レーザ装置や、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２０は、所定波長の光を光ファイバから出射するように構成されている。この所定波長は、特に制限されるものではないが、増幅用偏波保持ファイバ１０に添加される活性元素が誘導放出できる波長であり、例えば、上記のように活性元素がイッテルビウム（Ｙｂ）である場合には１０７０ｎｍとされる。
【００４４】
また、種光源２０の出射する光は、コア、及び、コアを被覆するクラッドから構成される光ファイバ２５から出射する。この光ファイバ２５は、種光源２０から出射する光を例えばシングルモードで伝搬する。この光ファイバ２５の構成は、例えば、種光の波長が上記のように１０７０ｎｍである場合には、コアの直径が１０μｍとされ、コアとクラッドとの比屈折率差が０．１３％とされる。
【００４５】
励起光源３０は、複数のレーザダイオード３１から構成され、レーザダイオード３１は、例えば、ＧａＡｓ系半導体を材料としたファブリペロー型半導体レーザであり、中心波長が９１５ｎｍの光を出射する。また、励起光源３０のそれぞれのレーザダイオード３１は、光ファイバ３５に接続されており、レーザダイオード３１から出射される励起光は、光ファイバ３５を伝搬する。このとき、励起光は光ファイバ３５を例えばマルチモードの光として伝搬する。
【００４６】
光ファイバ３５及び光ファイバ２５が接続される光コンバイナ４０は、光ファイバ２５を中心としてその周りに光ファイバ３５を配置した部分が溶融延伸されて一体化することにより構成されており、光ファイバ２５のコアと増幅用偏波保持ファイバ１０のコア１１とが光学的に結合され、光ファイバ３５のコアと増幅用偏波保持ファイバ１０の第一クラッド１２とが光学的に結合されている。
【００４７】
次に、ファイバレーザ装置１の動作について説明する。
【００４８】
まず、種光源２０から出射する種光が光ファイバ２５から出射する。この種光の波長は、上述のように例えば１０７０μｍとされる。このとき上述の光ファイバ２５の構成により、シングルモードの光が伝搬する。そして、光ファイバ２５を伝搬する種光は、光コンバイナ４０において、増幅用偏波保持ファイバ１０のコア１１に入射する。
【００４９】
また、励起光源３０からは、増幅用偏波保持ファイバ１０のコア１１に添加されている活性元素を励起する励起光が出射される。このときの波長は、上述のように例えば９１５μｍの波長とされる。そして、励起光源３０から出射した励起光は、光ファイバ３５を伝搬して、光コンバイナ４０において、増幅用偏波保持ファイバ１０のクラッドに入射する。
【００５０】
増幅用偏波保持ファイバ１０においては、上述の増幅用偏波保持ファイバ１０の説明のように種光の偏波状態が維持されつつ、種光が効率良く増幅されて出射する。
【００５１】
本実施形態のファイバレーザ装置１によれば、増幅用偏波保持ファイバ１０において効率良く光を増幅することができるため、消費エネルギーを抑えることができたり、パワーのより大きな光を出射することができる。
【００５２】
＜ファイバレーザ装置の他の例についての説明＞
次にファイバレーザ装置の他の例について図３を参照して詳細に説明する。なお、上記のファイバレーザ装置１の説明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。
【００５３】
図３は、本実施形態のファイバレーザ装置の他の例を示す図である。図３に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置２は、励起光源３０と、増幅用偏波保持ファイバ１０と、光コンバイナ４０と、光ファイバ５１と、光ファイバ５１に設けられる第一ＦＢＧ５５と、光ファイバ５２と、光ファイバ５２に設けられる第二ＦＢＧ５６とを主な構成として備える。
【００５４】
光ファイバ５１は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲むクラッドとを備えている。光ファイバ５１のコアは、増幅用偏波保持ファイバ１０のコアと活性元素が添加されていない点を除き同様とされる。また、光ファイバ５１のクラッドは、増幅用偏波保持ファイバ１０の第一クラッド１２と同様とされ、クラッドの外周で囲まれる領域には、増幅用偏波保持ファイバ１０の応力付与部１５と同様の応力付与部が設けられている。
【００５５】
光ファイバ５１の一端は、ファイバレーザ装置１において増幅用偏波保持ファイバ１０と光ファイバ２５とが光コンバイナ４０で接続されるのと同様にして、光コンバイナ４０で増幅用偏波保持ファイバ１０の一端に接続される。従って、光ファイバ５１のコアと増幅用偏波保持ファイバ１０のコア１１とが光学的に結合する。なお、光ファイバ５１の応力付与部と増幅用偏波保持ファイバ１０の応力付与部１５とが互いに長手方向に並ぶようにして、光ファイバ５１と増幅用偏波保持ファイバ１０とは接続される。
【００５６】
また、光ファイバ５１のコアには、第一ＦＢＧ５５が設けられている。こうして第一ＦＢＧ５５は、増幅用偏波保持ファイバ１０の一方側に設けられている。第一ＦＢＧ５５は、光ファイバ５１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、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偏波保持ファイバ１０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。第一ＦＢＧ５５は、上述のように活性元素がイッテルビウムである場合、例えば波長が１０７０ｎｍの光を例えば９９％以上の反射率で反射する。なお、光ファイバ５１の他端にはコアから出射する不要な光を熱に変換する熱変換部５８が設けられている。
【００５７】
また、光ファイバ５２は、光ファイバ５１と同様の構成とされる。光ファイバ５２の一端は、増幅用偏波保持ファイバ１０の他端に接続されて、増幅用偏波保持ファイバ１０のコア１１と光ファイバ５２のコアとが接続されている。また、光ファイバ５２の応力付与部と増幅用偏波保持ファイバ１０の応力付与部１５とが互いに長手方向に並ぶようにして、光ファイバ５２と増幅用偏波保持ファイバ１０とは接続される。また、本実施形態では、光ファイバ５２の他端には何も接続されずに自由端とされている。
【００５８】
また、光ファイバ５２のコアには、第二ＦＢＧ５６が設けられている。こうして第二ＦＢＧ５６は、増幅用偏波保持ファイバ１０の他方側に設けられている。第二ＦＢＧ５６は、光ファイバ５２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、第一ＦＢＧ５５が反射する光の少なくとも一部の波長の光を第一ＦＢＧ５５よりも低い反射率で反射するように構成される。第二ＦＢＧ５６は、例えば、第一ＦＢＧ５５が反射する一部の波長の光を２０％の反射率で反射する。
【００５９】
このようなファイバレーザ装置２においては、励起光源３０のそれぞれのレーザダイオード３１から励起光が出射されると、この励起光が光コンバイナ４０において、増幅用偏波保持ファイバ１０の第一クラッド１２に入射する。そして、ファイバレーザ装置１と同様にして、増幅用偏波保持ファイバ１０のコア１１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１０７０ｎｍの波長を含み一定の波長帯域を有する光である。この自然放出光の少なくとも一部は、増幅用偏波保持ファイバ１０のコア１１を伝搬して、光ファイバ５１のコアに設けられている第一ＦＢＧ５５により反射され、反射された光が第二ＦＢＧ５６で反射されて、光の共振が生じ、共振する光が増幅用偏波保持ファイバ１０のコア１１を伝搬するときに、増幅される。このとき上述の増幅用偏波保持ファイバ１０の説明のように増幅される光の偏波状態が維持されつつ、光が効率良く増幅されて、一部の光が第二ＦＢＧ５６を透過して出射する。なお、第一ＦＢＧ５５と透過する光は、熱変換部５８において熱に変換され消滅する。
【００６０】
本実施形態のファイバレーザ装置２によっても、上記ファイバレーザ装置１と同様に消費エネルギーを抑えることができたり、パワーのより大きな光を出射することができる。なお、本実施形態のファイバレーザ装置２では、光ファイバ５１及び光ファイバ５２においても偏光状態が維持されるため、共振する光の偏光状態を良好に維持することができる。
【００６１】
以上、本発明について、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。
【００６２】
例えば、上記実施形態では、第一クラッド１２の断面における外形が円形とされたが、当該外形は多角形等の非円形とされても良い。
【実施例】
【００６３】
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。
【００６４】
（実施例）
上記実施形態で説明した増幅用偏波保持ファイバ１０と同様の増幅用偏波保持ファイバを実施例１，２として２種類作成した。それぞれの増幅用偏波保持ファイバの寸法は、少なくともコアの直径２ａ，第一クラッドの外径２ｂ，応力付与部の直径Ｄ，一対の応力付与部の間隔Ｒについて、下記表１の通りとした。この場合、第一クラッドの外周で囲まれる領域内における一対の応力付与部の占める面積の比率αは、表１の通りとなる。なお、それぞれの応力付与部の第一クラッドに対する比屈折率差は、−０．７％とした。なお、上記のようにファイバレーザ装置に使用される増幅用偏波保持ファイバのコアの直径は、少なくとも２０μｍ以上であるが、実施例１の増幅用偏波保持ファイバを測定したところ、コアの直径２ａが１９．３μｍとなった。本実施例では、増幅用偏波保持ファイバを測定に用いるだけのため、この増幅用偏波保持ファイバを用いて以下の測定を行った。
【表１】
2016051804.tif 000003
【００６５】
次に、実施例１，２の増幅用偏波保持ファイバのコアのイッテルビウムの濃度を測定した。この測定には電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いた。その結果を下記表２に示す。この濃度にコアの面積を掛けることにより、単位長さ当たりのイッテルビウムの量を求めた。その結果を表２に示す。
【表２】
2016051804.tif 000004
【００６６】
次に、実施例１，２の増幅用偏波保持ファイバの単位長さ当たりの励起光の吸収量を測定した。測定は次のように行った。まず、冗長が６ｍの実施例１，２の増幅用偏波保持ファイバをそれぞれ準備した。準備したそれぞれの増幅用偏波保持ファイバの一端から第一クラッドに波長が９１５ｎｍでＮＡが０．４６の励起光を入射して、他端から出射する励起光の強度を測定した。次に、それぞれの増幅用偏波保持ファイバを４ｍと２ｍとに切り分けた。そして、冗長が４ｍ及び２ｍとされた実施例１，２のそれぞれの増幅用偏波保持ファイバの一端から、上記と同様にして励起光を入射し、出射した励起光の強度を測定した。この出射する励起光の強度の変化から、増幅用偏波保持ファイバの単位長さ当たりの励起光の吸収量を求めた。その結果を表３に示す。ここで、実施例１，２の増幅用偏波保持ファイバの第一クラッドの外周で囲まれる領域の面積の逆数は、第一クラッドで囲まれた領域内を励起光が均等に分布して伝搬する場合の励起光のパワー密度に比例する。そこで、上記の第一クラッドの外周で囲まれる領域の面積の逆数を励起光のパワー密度として仮定した。その値を表３に示す。
【表３】
2016051804.tif 000005
【００６７】
（比較例）
応力付与部が設けられず第一クラッドの外形が正七角形である点を除き、上記実施形態で説明した増幅用偏波保持ファイバ１０と同形状の増幅用光ファイバを比較例１〜１２として準備した。それぞれの増幅用光ファイバの寸法は、少なくともコアの直径２ａ，第一クラッドの内接円の外径２ｂについて、下記表４の通りとした。第一クラッドの外形が正七角形としたのは、第一クラッドに励起光を入射した場合にスキュー光を低減して、実施例１，２の増幅用偏波保持ファイバとの比較を適切に行うためである。
【表４】
2016051804.tif 000006
【００６８】
次に、実施例１，２と同様にして、比較例１〜１２の増幅用光ファイバについて、コアのイッテルビウムの濃度を測定し、単位長さ当たりのイッテルビウムの量を求めた。その結果を表５に示す。
【表５】
2016051804.tif 000007
【００６９】
次に、実施例１，２と同様にして、増幅用光ファイバの単位長さ当たりの励起光の吸収量を測定した。その結果を表６に示す。また、実施例１，２と同様にして、第一クラッドの外周で囲まれる領域の面積の逆数を励起光のパワー密度として仮定して、その値を表６に示す。
【表６】
2016051804.tif 000008
【００７０】
次に、表２，表３より、実施例１，２の増幅用偏波保持ファイバについて、仮定した励起光のパワー密度と、単位長さ当たりの励起光の吸収量を単位長さ当たりのイッテルビウムの量で除した値との関係を求めた。単位長さ当たりの励起光の吸収量を単位長さ当たりのイッテルビウムの量で除した値は、イッテルビウムの単位量当たりの励起光の吸収量を意味する。また、比較例１〜１２の増幅用光ファイバについても同様の関係を求めた。その結果を図４のようにグラフにプロットした。
【００７１】
図４に示すように、比較例１〜１２のプロットは直線状に並ぶことが分かる。つまり、励起光のパワー密度が上がれば、イッテルビウムの単位量当たりの励起光の吸収量がこれに比例して上がることが分かる。一方、実施例１，２の増幅用偏波保持ファイバの結果を示すプロットは、比較例１〜１２のプロットを結ぶ近似線よりも上側に位置している。これは、実施例１，２の増幅用偏波保持ファイバは、比較例１，２の増幅用光ファイバよりも、イッテルビウムの単位量当たりの励起光の吸収量が多いことを示している。この原因は、実施例１，２においても比較例１〜１２と同様にして、上記の第一クラッドの外周で囲まれる領域の面積の逆数を励起光のパワー密度として仮定していることにある。つまり、実際には、実施例１，２の増幅用偏波保持ファイバでは、応力付与部に励起光が入り込むことが抑制されるため、第一クラッド内における励起光のパワー密度が上記仮定のパワー密度よりも高いためと考えられる。このような理由により、実施例１，２では励起光の吸収量が多いため、本発明の増幅用偏波保持ファイバによれば、他のクラッド径であっても励起光の吸収量が多いと考えられる。
【００７２】
次に、比較例１〜１２のプロットを結ぶ近似線を用いて、実施例１，２の増幅用偏波保持ファイバから応力付与部を削除した場合の増幅用光ファイバにおける単位長さ当たりの励起光の吸収量を求めた。その結果を表７に示す。また、ここで求めた吸収量と、表３に示す実施例１，２の増幅用偏波保持ファイバにおける単位長さ当たりの励起光の吸収量との比を求めた。その結果を表７に示す。
【表７】
2016051804.tif 000009
【００７３】
表７より、本発明の増幅用偏波保持ファイバによれば、応力付与部が設けられない場合の増幅用光ファイバと比べて、励起光の吸収量が１．５倍以上となることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上説明したように、本発明によれば、効率良く光を増幅することができる増幅用偏波保持ファイバ、及び、それを用いたファイバレーザ装置が提供され、加工用のファイバレーザ装置等の技術分野においての利用が期待される。
【符号の説明】
【００７５】
１，２・・・ファイバレーザ装置
１０・・・増幅用偏波保持ファイバ
１１・・・コア
１２・・・第一クラッド
１３・・・第二クラッド
１５・・・応力付与部
２０・・・種光源
３０・・・励起光源
５５・・・第一ＦＢＧ
５６・・・第二ＦＢＧ
【図１】
2016051804.tif 000010
【図２】
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【図３】
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【図４】
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