(57)【要約】      （修正有）【課題】励起光に起因する局所的な発熱を抑制可能なポリマークラッド光ファイバ及びファイバレーザ装置を提供する。【解決手段】ポリマークラッド光ファイバ８は、ガラス光ファイバ１０の屈折率とポリマークラッド１１の屈折率とで定義されるＮＡが０．４６以下であり、ポリマークラッド１１の最小膜厚が７μｍ以下である。【選択図】図１
2017072665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスからなり光を導波するガラス光ファイバと、
前記ガラス光ファイバを被覆するように設けられ、前記ガラス光ファイバよりも低い屈折率を有するポリマー材料からなるポリマークラッドと、
を有し、
前記ガラス光ファイバの屈折率と前記ポリマークラッドの屈折率とで定義されるＮＡが０．４６以下であり、
前記ポリマークラッドの最小膜厚が７μｍ以下である
ポリマークラッド光ファイバ。
【請求項２】
請求項１に記載のポリマークラッド光ファイバであって、
波長９１５ｎｍ以上の光に対する伝送損失が１ｄＢ／ｍ以上１００ｄＢ／ｍ以下である
ポリマークラッド光ファイバ。
【請求項３】
請求項１に記載のポリマークラッド光ファイバであって、
前記ポリマークラッドの中心は、前記ガラス光ファイバの中心からずれており、
前記ポリマークラッドは、膜厚が大きい厚肉部と、前記厚肉部より膜厚が小さい薄肉部とを有する
ポリマークラッド光ファイバ。
【請求項４】
請求項３に記載のポリマークラッド光ファイバであって、
前記ポリマークラッド光ファイバの断面における前記厚肉部及び前記薄肉部の位置は、前記ポリマークラッド光ファイバが延在する方向に沿って、螺旋状に変化する
ポリマークラッド光ファイバ。
【請求項５】
励起用光源と、レーザ光を共振させる光共振器と、前記共振されたレーザ光を出射するレーザ出射部と、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のポリマークラッド光ファイバとを備え、
前記光共振器は、増幅用アクティブ光ファイバと、前記レーザ光を共振させ増幅させる反射部とを備え、
前記ポリマークラッド光ファイバは、前記増幅用アクティブ光ファイバと前記レーザ出射部との間に配置され、
前記レーザ出射部は、前記増幅用アクティブ光ファイバに接続されたレーザ出射光ファイバを備える
ファイバレーザ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のファイバレーザ装置であって、
前記反射部は、前記増幅用アクティブ光ファイバと前記励起用光源との間に位置する第１反射部と、前記増幅用アクティブ光ファイバと前記レーザ出射部との間に位置する第２反射部とを備え、
前記ポリマークラッド光ファイバは、前記増幅用アクティブ光ファイバと前記第２反射部との間に配置されている
ファイバレーザ装置。
【請求項７】
請求項５に記載のファイバレーザ装置であって、
前記反射部は、前記増幅用アクティブ光ファイバと前記励起用光源との間に位置する第１反射部と、前記増幅用アクティブ光ファイバと前記レーザ出射部との間に位置する第２反射部とを備え、
前記ポリマークラッド光ファイバは、前記第２反射部と前記レーザ出射部との間に配置されている
ファイバレーザ装置。
【請求項８】
請求項５に記載のファイバレーザ装置であって、
前記ポリマークラッド光ファイバが実装される冷却構造を備える
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、ポリマークラッド光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
高い開口数（以下「高ＮＡ」という。）が要求される光ファイバの用途の中で、ファイバレーザに使用される光ファイバは、高密度な光を伝送する必要がある。近年、ファイバレーザにおいては高出力化が進められており、金属の切断や溶接などに使用されるようなｋＷ級の光出力を持つファイバレーザが製品化されており、さらなる高出力化が行われている。
【０００３】
このようなファイバレーザにおいては高出力な励起光が導波することから、ファイバレーザ光回路における励起光ファイバから希土類添加光ファイバまでの間に位置する光ファイバとして、ポリマークラッド光ファイバが用いられる。
一方、ファイバレーザ光回路の構成において、希土類添加光ファイバ以降の光ファイバに励起光が導波されることが望ましくないことから、この光ファイバとして、シングルクラッド光ファイバが用いられる。
希土類添加光ファイバで吸収しきれなかった励起光が、ファイバレーザ光回路の後方に位置するシングルクラッド光ファイバと希土類添加光ファイバ等のポリマークラッドファイバとの融着点に到達すると、融着点の被覆際で励起光が吸収され、局所的に発熱が生じる。このように局所的に発生した熱は、光ファイバに損傷を与える場合がある。
【０００４】
発熱を防止する装置として、従来、放熱機構もしくは冷却機構を備えた高エネルギレーザ光の伝送装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この伝送装置においては、光ファイバの任意の箇所におけるクラッド外側面を覆う被覆が除去され、被覆が除去された箇所に高屈折率の樹脂を塗布し、これによってプリコート除去部が設けられている。さらに、このプリコート除去部には、放熱機構もしくは冷却機構が設けられている。プリコート除去部における樹脂の屈折率をクラッドの屈折率よりも高くすることにより、励起光をクラッドから樹脂部材（高屈折率の樹脂）に漏出させ、発熱した樹脂部を放熱機構もしくは冷却機構によって冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−３１６７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、クラッドの外側面を覆う被覆が除去された被覆除去区間（プリコート除去部）をクラッドよりも屈折率が高い樹脂部材で埋めるといった特許文献１に記載の伝送装置においては、被覆除去区間の入射端において、励起光の集中的な漏出が生じる。このため、励起光を漏出させた際に、漏れ光に起因して局所的な発熱が生じるという問題がある。特に、被覆除去区間の入射端に近い位置の樹脂部材が励起光を吸収して高温になるという問題がある。また、樹脂部材が過度に高温になると光ファイバ被覆が燃焼する恐れがある。また、樹脂部材が燃焼するほどではない温度であったとしても、光ファイバ被覆の長期的な劣化を招くという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、励起光に起因する局所的な発熱を抑制可能なポリマークラッド光ファイバを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一態様に係るポリマークラッド光ファイバは、石英ガラスからなり光を導波するガラス光ファイバと、前記ガラス光ファイバを被覆するように設けられ、前記ガラス光ファイバよりも低い屈折率を有するポリマー材料からなるポリマークラッドとを有し、前記ガラス光ファイバの屈折率と前記ポリマークラッドの屈折率とで定義されるＮＡが０．４６以下であり、前記ポリマークラッドの最小膜厚が７μｍ以下である。
【０００９】
本発明の第一態様に係るポリマークラッド光ファイバにおいては、波長９１５ｎｍ以上の光に対するポリマークラッドの伝送損失が１ｄＢ／ｍ以上１００ｄＢ／ｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
本発明の第一態様に係るポリマークラッド光ファイバにおいては、前記ポリマークラッドの中心は、前記ガラス光ファイバの中心からずれており、前記ポリマークラッドは、膜厚が大きい厚肉部と、前記厚肉部より膜厚が小さい薄肉部とを有することが好ましい。
【００１１】
本発明の第一態様に係るポリマークラッド光ファイバにおいては、前記ポリマークラッド光ファイバの断面における前記厚肉部及び前記薄肉部の位置は、前記ポリマークラッド光ファイバが延在する方向に沿って、螺旋状に変化することが好ましい。
換言すると、前記ポリマークラッド光ファイバが延在する方向に平行な軸線の周りにおいて、前記ポリマークラッド光ファイバの表面に螺旋パターンを描くように、前記ポリマークラッド光ファイバの断面における前記厚肉部及び前記薄肉部の位置は、変化していることが好ましい。
【００１２】
本発明の第二態様に係るファイバレーザ装置は、励起用光源と、レーザ光を共振させる光共振器と、前記共振されたレーザ光を出射するレーザ出射部と、上記第一態様に係るポリマークラッド光ファイバとを備える。前記光共振器は、増幅用アクティブ光ファイバと、前記レーザ光を共振させ増幅させる反射部とを備える。前記ポリマークラッド光ファイバは、前記増幅用アクティブ光ファイバと前記レーザ出射部との間に配置されている。前記レーザ出射部は、前記増幅用アクティブ光ファイバに接続されたレーザ出射光ファイバを備える。
本発明の第二態様に係るファイバレーザ装置においては、前記反射部は、前記増幅用アクティブ光ファイバと前記励起用光源との間に位置する第１反射部と、前記増幅用アクティブ光ファイバと前記レーザ出射部との間に位置する第２反射部とを備え、前記ポリマークラッド光ファイバは、前記増幅用アクティブ光ファイバと前記第２反射部との間に配置されていることが好ましい。
本発明の第二態様に係るファイバレーザ装置においては、前記反射部は、前記増幅用アクティブ光ファイバと前記励起用光源との間に位置する第１反射部と、前記増幅用アクティブ光ファイバと前記レーザ出射部との間に位置する第２反射部とを備え、前記ポリマークラッド光ファイバは、前記第２反射部と前記レーザ出射部との間に配置されていることが好ましい。
本発明の第二態様に係るファイバレーザ装置においては、前記ポリマークラッド光ファイバが実装される冷却構造を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の上記態様によれば、励起光に起因する局所的な発熱を抑制することが可能なポリマークラッド光ファイバを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るポリマークラッド光ファイバを示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るポリマークラッド光ファイバを用いたファイバレーザ装置を示す構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るポリマークラッド光ファイバを用いたファイバレーザ装置の一部を示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るポリマークラッド光ファイバを構成するポリマークラッドの最小膜厚と、光伝送損失との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態に係るポリマークラッド光ファイバにおける光伝送損失と発熱量との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第１実施形態に係るポリマークラッド光ファイバにおける光伝送損失と発熱量との関係を示すグラフであって、図５のグラフを拡大して示すグラフである。
【図７】本発明の第１実施形態に係るポリマークラッド光ファイバにおける光伝送損失と１００ｄＢ長との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１実施形態に係るポリマークラッド光ファイバにおける光伝送損失と２０ｄＢ長との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の第２実施形態に係るポリマークラッド光ファイバを示す図であって、図９（ａ）は、ポリマークラッド光ファイバの延在方向に対して直交する断面を示す断面図であり、図９（ｂ）は、ポリマークラッド光ファイバの延在方向に対して平行な断面を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るポリマークラッド光ファイバの延在方向に対して直交する断面を示す断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るポリマークラッド光ファイバの延在方向に対して平行な断面を示す断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係るポリマークラッド光ファイバを用いたファイバレーザ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係るポリマークラッド光ファイバ及びファイバレーザ装置について、図１から図１１を参照して説明する。
以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るポリマークラッド光ファイバを示す断面図である。
ポリマークラッド光ファイバ８は、石英ガラスからなり光を導波するガラス光ファイバ１０と、ガラス光ファイバ１０を被覆するように設けられたポリマークラッド１１とを備える。図示されていないが、ガラス光ファイバ１０は、発振されたレーザ光を閉じ込め導波するコアも有している。ポリマークラッド１１は、ガラス光ファイバ１０よりも低い屈折率を有するポリマー材料で構成されている。ガラス光ファイバ１０の中心と、ポリマークラッド１１の中心とは一致しており、即ち、ガラス光ファイバ１０及びポリマークラッド１１は、同心円状に形成されている。
また、ガラス光ファイバ１０の屈折率とポリマークラッド１１の屈折率とで定義されるＮＡは、０．４６以下である。なお、光ファイバのＮＡは以下の式（１）で定義される。
【００１７】
【数１】
2017072665.tif 000003
【００１８】
後述するように、ポリマークラッド１１の最小膜厚が７μｍ以下となるようにポリマークラッド光ファイバ８は形成されている。また、図１に示す実施形態においては、ガラス光ファイバ１０の表面に形成されるポリマークラッド１１の膜厚は、均一である。
ポリマークラッド１１を構成する被膜の膜厚は、ポリマークラッド１１の屈折率や励起光１２のＮＡに応じて設計的に決められるため、数値を限定することが難しいが、ポリマークラッド１１の膜厚は、少なくとも、増幅用光ファイバ２５を構成する被膜よりも膜厚が薄いことが必要である。
また、ポリマークラッド１１の中心が、ガラス光ファイバ１０の中心からずれ、ポリマークラッド１１が、膜厚が大きい厚肉部と、前記厚肉部より膜厚が小さい薄肉部を有する場合もある。その場合のポリマークラッド１１の最大膜厚は、例えば、約２５μｍである。なお、ポリマークラッド１１の最大膜厚は、ポリマークラッド光ファイバの用途によって異なり、最大膜厚は、例えば、３０μｍであってもよいし、６０μｍであってもよい。
また、ポリマークラッド光ファイバ８に波長９１５ｎｍ以上の光（励起光）を伝搬させた場合、この光に対する伝送損失は、例えば、１ｄＢ／ｍ以上１００ｄＢ／ｍ以下である。
【００１９】
（ファイバレーザ装置の構成）
図２は、上述したポリマークラッド光ファイバ８を用いたファイバレーザ装置１を示す構成図である。
ファイバレーザ装置１は、励起用光源３Ａと、光コンバイナー３Ｂと、第１ポリマークラッド光ファイバ５と、レーザ光を共振させる光共振器４と、第２ポリマークラッド光ファイバ８と、レーザ出射部２とを備える。光コンバイナー３Ｂは、第１ポリマークラッド光ファイバ５の入力側に接続されている。第１ポリマークラッド光ファイバ５は、入力側光ファイバとして機能する。
本実施形態に係るファイバレーザ装置１においては、光共振器４内に第２ポリマークラッド光ファイバ８が配置されている。具体的に、光共振器４は、第１ポリマークラッド光ファイバ５の出力側に接続された第１反射部２２（反射部）と、第１反射部２２に接続された増幅用光ファイバ２５（増幅用アクティブ光ファイバ）で構成される増幅用コイル２１と、第２ポリマークラッド光ファイバ８と、第２ポリマークラッド光ファイバ８の出力側に接続された第２反射部２３（反射部）と、を備えている。第１反射部２２は、増幅用光ファイバ２５と励起用光源３Ａとの間に位置する。第２反射部２３は、増幅用光ファイバ２５とレーザ出射部２との間に位置する。増幅用光ファイバ２５は、活性元素（希土類元素）が添加されているコアを有する。第２ポリマークラッド光ファイバ８は、増幅用光ファイバ２５の出力側に接続されており、増幅用光ファイバ２５と第２反射部２３との間に配置されている。レーザ出射部２は、第２反射部２３に接続された出力光ファイバ７と、出力光ファイバ７に接続された出力光ファイバ６（レーザ出射光ファイバ）とを備えている。出力光ファイバ６は、共振されたレーザ光を出射する。
【００２０】
光コンバイナー３Ｂには、励起用光源３Ａが接続されている。励起用光源３Ａは、複数のレーザダイオードで構成され、光コンバイナー３Ｂに向けて励起光を射出する。レーザダイオードとしては、例えば、ＧａＡｓ系半導体を材料とするファブリペロー型半導体レーザが用いられる。光コンバイナー３Ｂは、複数のレーザダイオードから射出される複数の励起光を結合し、１つの励起光１２を生成する。励起光１２は、図２に示すように第１ポリマークラッド光ファイバ５に入射する。また、光共振器４に入射された励起光１２は、光共振器４において、第２ポリマークラッド光ファイバ８を伝搬しながら、第１反射部２２、第２反射部２３、及び増幅用コイル２１によって増幅される。光共振器４において増幅され光は、出力光ファイバ６を通じ、レーザ光１３としてレーザ出射部２の外部に出射される。後述するように、増幅用光ファイバ２５の後段に接続されている第２ポリマークラッド光ファイバ８は、増幅用光ファイバ２５によって吸収されなかった励起光１２の残留励起光に起因する熱を分散的に放熱する機能を有する。特に、本実施形態に係るファイバレーザ装置１においては、光共振器４内に第２ポリマークラッド光ファイバ８が配置されている。このため、ファイバレーザ装置１は、増幅用光ファイバ２５によって吸収されなかった光に起因する熱を、光共振器４内において分散的に放熱する機能を有する。
【００２１】
図３は、ファイバレーザ装置１の一部を示す平面図である。
図３に示す平面図では、光共振器４に接続される第１ポリマークラッド光ファイバ５と、光共振器４（第１反射部２２、増幅用光ファイバ２５、第２ポリマークラッド光ファイバ８、及び第２反射部２３）と、レーザ出射部２を構成する出力光ファイバ７が示されている。
図３に示すように、ファイバレーザ装置１は、増幅用コイル２１と、第１反射部２２と、第２ポリマークラッド光ファイバ８と、第２反射部２３と、水冷板２４と、を備えている。増幅用コイル２１は、活性元素の添加されたコアと、励起光１２を伝播させる非円形クラッドとを含む増幅用光ファイバ２５が巻回された構成を有する。
【００２２】
第１反射部２２は、増幅用コイル２１に接続された第１ポリマークラッド光ファイバ５の一部に設けられている。第１ポリマークラッド光ファイバ５は、増幅用コイル２１の外側端部に接続されている。第１反射部２２は、増幅用光ファイバ２５を伝播するレーザ光を反射させる。第２ポリマークラッド光ファイバ８は、増幅用光ファイバ２５の後端（増幅用コイル２１の内側端部）に接続され、かつ、第２反射部２３に接続されている。第２反射部２３は、出力光ファイバ７の一部（入力端）に設けられている。
第２反射部２３は、増幅用光ファイバ２５を伝播するレーザ光の一部を反射させる。レーザ光は、第２ポリマークラッド光ファイバ８内を伝搬しながら、第１反射部２２と第２反射部２３との間で共振し、増幅される。
【００２３】
第１反射部２２および第２反射部２３は、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）で構成されている。ＦＢＧは、コアの長手方向（光伝播方向）に周期的に屈折率が変化する部位（グレーティング）を形成した反射器である。これにより、ＦＢＧは、グレーティング周期に対応した特定の波長の光のみを反射させる。第２反射部２３の反射率は、第１反射部２２の反射率よりも低い。具体的な反射率の一例として、第２反射部２３の反射率は、９０％以上であることが好ましく、９９％以上であることがより好ましい。例えば、第１反射部２２の反射率は、５〜５０％であることが好ましく、５〜１０％であることがより好ましい。
【００２４】
水冷板２４（冷却構造）は、内部に冷却水を流すための流路（図示略）を有し、流路内に冷却水が導入されることにより水冷板２４自身が冷却される。増幅用コイル２１、第１反射部２２、第２反射部２３、第１ポリマークラッド光ファイバ５、第２ポリマークラッド光ファイバ８、及び出力光ファイバ７は、水冷板２４の表面に接触するように実装され、水冷板２４により冷却される。なお、水冷板２４には、例えば、レーザダイオード（図３では図示略）等の部品も実装され、これらの部品も水冷板２４により冷却される。特に、本実施形態では、第２ポリマークラッド光ファイバ８を導波する励起光に起因する熱が生じ、この熱が第２ポリマークラッド光ファイバ８から放熱される。このため、水冷板２４に第２ポリマークラッド光ファイバ８を接触させることで、第２ポリマークラッド光ファイバ８における放熱効率を向上させることができる。
【００２５】
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係るファイバレーザ装置１においては、ファイバレーザ光回路の構成において、増幅用光ファイバ２５の後端に第２ポリマークラッド光ファイバ８が接続されている。第２ポリマークラッド光ファイバ８は、波長９１５ｎｍ以上の光（励起光１２）に対して、１ｄＢ／ｍ以上１００ｄＢ／ｍ以下といった高い伝送損失を有しており、励起光１２を導波する構成を有している。このため、第２ポリマークラッド光ファイバ８の入射端において極度に励起光１２が漏れることがなく、また、急激に熱が発生することがない。そして、光ファイバの長手方向に沿って光を徐々に漏らす（漏れ光を分散させる）ことができる。
また、従来技術のように光ファイバの外部に局所的に光が漏出される光量と、本実施形態に係るポリマークラッド光ファイバの長手方向に沿って外部に分散的に光が漏出される光量とが同じであっても、本実施形態においては、励起光１２が第２ポリマークラッド光ファイバ８の外部に分散的に放射される。このため、ポリマークラッド１１（被覆材）に吸収される熱は分散され、第２ポリマークラッド光ファイバ８が損傷されることがない。
【００２６】
最小膜厚が７μｍ以下であるポリマークラッド１１を備える第２ポリマークラッド光ファイバ８においては、ガラス光ファイバ１０及びポリマークラッド１１は、同心円状に形成されている。ガラス光ファイバ１０の全周において、ガラス光ファイバ１０の表面に形成されるポリマークラッド１１の膜厚が均一である場合では、光ファイバの中心から外部に向けて放射状に熱を放熱することが可能である。また、放射状に熱を放熱させながら、第２ポリマークラッド光ファイバ８の延在方向に沿って、分散的に熱（励起光）を放射する構造を実現することができる。
従って、第２ポリマークラッド光ファイバ８を備えたファイバレーザ装置１によれば、ファイバレーザ光回路において局所的な発熱を抑制することができる。
【００２７】
（ポリマークラッド光ファイバ）
次に、図４から図８を参照し、本実施形態に係るポリマークラッド光ファイバについてより具体的に説明する。
図４は、本実施形態に係るポリマークラッド光ファイバを構成するポリマークラッド１１の最小膜厚と、光伝送損失との関係を示すグラフである。図４に示すデータを得る際には、ポリマークラッド光ファイバを導波する励起光の波長が９１５ｎｍであり、ポリマークラッドのＮＡが０．４６であり、光ファイバの測定条長が１００ｍである条件において、ポリマークラッド１１の最小膜厚に対する励起光損失の値を測定した。測定値を図４にプロットした。
図４に示す結果では、最小膜厚が２μｍである場合に励起光損失が５０ｄＢ／ｋｍであることが分かる。また、最小膜厚が３μｍである場合に励起光損失が最も高く、５２ｄＢ／ｋｍであることが分かる。また、最小膜厚が７μｍ以下である場合に、励起光損失が高くなることが分かる。その一方、最小膜厚が７μｍを超える場合に、励起光損失が低くなることが分かる。
【００２８】
上述した測定条件において、ポリマークラッド１１の膜厚７μｍが臨界点であり、７μｍよりも膜厚が薄いほど励起光損失が増大することが判明した。ポリマークラッド１１の膜厚が７μｍを超える場合では励起光の損失は小さくなってしまうため、本実施形態に係るポリマークラッド光ファイバには適さない。このことから、本実施形態に係るポリマークラッド光ファイバにおいては、ポリマークラッド１１の最小膜厚は７μｍ以下である必要がある。即ち、ポリマークラッド１１の最小膜厚を７μｍ以下に設定することにより、励起光損失を高めて、ポリマークラッド光ファイバにおける放熱性（放熱効果）を得ることができる。
【００２９】
なお、励起光損失は、励起光の波長が大きいほど大きくなる。また、励起光損失は、ＮＡが小さいほど大きくなる。従って、本実施形態に係るポリマークラッド光ファイバにおいて、目的とする励起光損失を得るには、ポリマークラッド光ファイバを伝搬する励起光の波長が９１５ｎｍ以上であり、ガラス光ファイバ１０の屈折率とポリマークラッド１１の屈折率とで定義されるＮＡが０．４６以下であることが望ましい。
【００３０】
本実施形態に係るポリマークラッド光ファイバをファイバレーザ製品（例えば、ファイバレーザ装置）に搭載する場合を想定すると、ポリマークラッド光ファイバのファイバ条長は数ｍ〜数十ｍの範囲が望ましい。
その理由は、ファイバ条長が短いと、ポリマークラッド光ファイバにおける発熱を分散させる効果が弱くなるためであり、また、ファイバ条長が長すぎると非線形光学効果が発現し、発振したレーザ光の品質が低下するためである。
ポリマークラッド光ファイバにおける漏れ励起光による発熱を十分に分散かつ抑制させつつ、過度な励起光をポリマークラッド光ファイバから十分に漏出させるためには、励起光損失値は、１ｄＢ／ｍ以上１００ｄＢ／ｍ以下であることが望ましい。
上記励起光損失値の範囲の根拠については、以下の図５から図８を参照して説明する。
【００３１】
図５及び図６は、ポリマークラッド光ファイバにおける光伝送損失と発熱量との関係を示すグラフであり、予備的に実施した実験結果から推定した励起光損失量と発熱との関係を示した結果である。また、図６は、図５を拡大したグラフである。
励起光の残留量（増幅用光ファイバ２５で吸収されずに、増幅用光ファイバ２５の後方に出射される励起光の量）は、増幅用光ファイバにおける励起光の吸収量や条長、元の励起光パワー等から、ある程度設計的に決められ、多くとも１００Ｗ程度と推定される。
例えば、１００Ｗの励起光に十分な減衰を与える場合に、１００Ｗほぼ全ての光を局所的（増幅用光ファイバをシングルクラッドファイバに直接つないだ状態を想定した場合における光の入射端から１ｃｍ離れた位置まで）に漏洩させると、被覆温度は最高部で１５０℃以上となり、被覆が燃焼してしまう。
これに対し、励起光損失１００ｄＢ／ｍのポリマークラッド光ファイバを用いる場合では、入射端から１ｃｍ離れた位置までの漏洩量は約２０Ｗであり、発熱量は約３０℃である。
ポリマークラッド１１（被覆材、被覆部）の長期信頼性の観点から、ポリマークラッド１１における最大発熱量は３０℃以下（図５及び図６に示す上限温度以下）であることが望ましい。従って、図６に示す結果から、伝送損失値は１００ｄＢ／ｍ以下であることが望ましい。
一方、残留励起光を十分に除去してレーザ出力の品質を保つためには、残留励起光に対して２０ｄＢ以上の減衰を与えることが望ましい。
【００３２】
図７は、ポリマークラッド光ファイバにおける光伝送損失と１００ｄＢ長との関係を示すグラフである。図８は、ポリマークラッド光ファイバにおける光伝送損失と２０ｄＢ長との関係を示すグラフである。図７及び図８は、入射光に対してそれぞれ１００ｄＢと２０ｄＢの減衰を与えるために必要なファイバ条長の計算結果を示している。
非線形効果などの問題を鑑みて、ポリマークラッド光ファイバのファイバ長は２０ｍ以下であることが望ましい。従って、２０ｄＢ／ｍの減衰をファイバ長２０ｍで得るために必要な伝送損失は１ｄＢ／ｍである。従って、要求される伝送損失は１ｄＢ／ｍ以上となる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るポリマークラッド光ファイバについて、図９を参照して説明する。図９において、第１実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
図９（ａ）は、上述したポリマークラッド光ファイバ８（第２ポリマークラッド光ファイバ）の他の実施形態を示す図であり、ポリマークラッド光ファイバ８Ａの延在方向に対して直交する断面を示す断面図である。図９（ｂ）は、ポリマークラッド光ファイバ８Ａの延在方向に対して平行な断面を示す断面図である。図９（ｂ）に示すＸ−Ｘ断面は、図９（ａ）に示す断面に相当している。
【００３４】
本実施形態に係るポリマークラッド光ファイバ８Ａは、石英ガラスからなり光を導波するガラス光ファイバ１０Ａと、ガラス光ファイバ１０Ａを被覆するように設けられたポリマークラッド１１Ａとを備える。ポリマークラッド１１Ａの中心は、ガラス光ファイバ１０Ａの中心からずれている（偏心している）。ポリマークラッド１１Ａは、厚肉部１１Ｄと薄肉部１１Ｃとを有する。厚肉部１１Ｄにおいては、ポリマークラッド１１Ａの膜厚（ポリマークラッド１１Ａの外周部とガラス光ファイバ１０Ａの外周部との間の距離）が大きい。薄肉部１１Ｃの膜厚は、厚肉部１１Ｄの膜厚より小さい。厚肉部１１Ｄ及び薄肉部１１Ｃを含むポリマークラッド１１Ａの最小膜厚は、７μｍ以下である。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す薄肉部１１Ｃにおいては、ポリマークラッド１１Ａが設けられていないように見えるが、薄肉部１１Ｃの最小膜厚は、０μｍではなく、例えば、２μｍ以上７μｍ以下である。なお、ポリマークラッド１１Ａの最小膜厚は２μｍに限定されない。また、図９（ａ）に示す厚肉部１１Ｄ及び薄肉部１１Ｃの位置は、ポリマークラッド光ファイバ８Ａが延在する方向に沿って一定である。
【００３５】
上述したように、厚肉部１１Ｄ及び薄肉部１１Ｃを含むポリマークラッド１１Ａを備えたポリマークラッド光ファイバ８Ａにおいても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
また、厚肉部１１Ｄよりも薄肉部１１Ｃの膜厚が小さいことから、ポリマークラッド光ファイバ８Ａ内を導波する励起光は、薄肉部１１Ｃにおいて多く放出される。厚肉部１１Ｄよりも薄肉部１１Ｃにおいて多くの熱を放熱させながら、ポリマークラッド光ファイバ８Ａの延在方向に沿って、分散的に熱（励起光）を放射する構造を実現することができる。
このため、図３に示すファイバレーザ装置１において、水冷板２４に薄肉部１１Ｃが接触するようにポリマークラッド光ファイバ８Ａを水冷板２４に実装することで、ポリマークラッド光ファイバ８Ａにおける放熱効率を向上させることができる。
【００３６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るポリマークラッド光ファイバについて、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０及び図１１において、第１実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、上述したポリマークラッド光ファイバ８（第２ポリマークラッド光ファイバ）の他の実施形態を示す図であり、ポリマークラッド光ファイバ８Ｂの延在方向に対して直交する断面を示す断面図である。図１１は、ポリマークラッド光ファイバ８Ｂの延在方向に対して平行な断面を示す断面図である。図１１に示すＡ−Ａ面は、図１０（ａ）に示す断面に相当している。図１１に示すＢ−Ｂ面は、図１０（ｂ）に示す断面に相当している。図１１に示すＣ−Ｃ面は、図１０（ｃ）に示す断面に相当している。
【００３７】
本実施形態に係るポリマークラッド光ファイバ８Ｂは、石英ガラスからなり光を導波するガラス光ファイバ１０Ｂと、ガラス光ファイバ１０Ｂを被覆するように設けられたポリマークラッド１１Ｂとを備える。ポリマークラッド１１Ｂの中心は、ガラス光ファイバ１０Ｂの中心からずれている（偏心している）。ポリマークラッド１１Ｂは、厚肉部１１Ｄと薄肉部１１Ｃとを有する。厚肉部１１Ｄにおいては、ポリマークラッド１１Ｂの膜厚（ポリマークラッド１１Ｂの外周部とガラス光ファイバ１０Ｂの外周部との間の距離）が大きい。薄肉部１１Ｃの膜厚は、厚肉部１１Ｄの膜厚より小さい。厚肉部１１Ｄ及び薄肉部１１Ｃを含むポリマークラッド１１Ｂの最小膜厚は、７μｍ以下である。図１０（ａ）から図１０（ｃ）に示す薄肉部１１Ｃにおいては、ポリマークラッド１１Ｂが設けられていないように見えるが、薄肉部１１Ｃの最小膜厚は、０μｍではなく、例えば、２μｍ以上７μｍ以下である。なお、ポリマークラッド１１Ｂの最小膜厚は２μｍに限定されない。
【００３８】
また、本実施形態においては、ポリマークラッド光ファイバ８Ｂの断面における厚肉部１１Ｄ及び薄肉部１１Ｃの位置は、ポリマークラッド光ファイバ８Ｂが延在する方向に沿って、螺旋状に変化する。具体的に、図１１の左側から右側に向けたポリマークラッド光ファイバ８Ｂの長手方向において、Ａ−Ａ面では薄肉部１１Ｃが上部に位置するとともに厚肉部１１Ｄが下部に位置しており、Ｂ−Ｂ面では薄肉部１１Ｃが左部に位置するとともに厚肉部１１Ｄが右部に位置しており、Ｃ−Ｃ面では薄肉部１１Ｃが下部に位置するとともに厚肉部１１Ｄが上部に位置している。即ち、ポリマークラッド光ファイバ８Ｂの長手方向の一方から他方に向けて、厚肉部１１Ｄ及び薄肉部１１Ｃの位置は、螺旋状に変化している。
【００３９】
上述したように、螺旋状に形成された厚肉部１１Ｄ及び薄肉部１１Ｃを含むポリマークラッド１１Ｂを備えたポリマークラッド光ファイバ８Ｂにおいても、上記第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果が得られる。
特に、本実施形態に係るポリマークラッド光ファイバ８Ｂにおいては、光ファイバ断面における薄膜部の方向（厚肉部１１Ｄから薄肉部１１Ｃに向かう方向）が、光ファイバの長手方向に沿って連続的に変化（回転）している構造が採用されている。この構造においては、ポリマークラッド光ファイバ８Ｂ内を導波する励起光が多く放出される方向が、即ち、励起光が漏洩され易い薄肉部１１Ｃの位置が光ファイバの長手位置で変化するため、好適かつ分散的に放熱が行われる。換言すると、光が漏洩する方向が、光ファイバの長手方向に沿って螺旋状に回転する。この結果、発熱方向が分散して、有効的に放熱が行われる。
ポリマークラッド光ファイバ８Ｂは、図３に示すファイバレーザ装置１の水冷板２４に実装されてもよい。これにより、ポリマークラッド光ファイバ８Ｂにおける放熱効率を向上させることができる。
【００４０】
通常、ファイバレーザ筐体に収納される光ファイバは、光学特性に影響の無い範囲で、及び、機械信頼性に問題の無い範囲で、巻回されて筐体内に収納される。
光ファイバの最適な巻径は、プロファイルや光ファイバ径によって異なるが、およそ直径８０ｍｍ〜４８０ｍｍである。ここで、直径４８０ｍｍは、１９インチラックサイズの筺体に光ファイバを収納する場合の最大径である。光ファイバが１ターンした時に隣り合う素線同士において放熱方向（光の漏洩方向）が互いに異なるときに、光ファイバの発熱量は、より分散的に放熱されると考えられる。従って、光ファイバの長手方向における螺旋周期の一例は、１２５ｍｍ〜７５０ｍｍが望ましい。
【００４１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係るファイバレーザ装置について、図１２を参照して説明する。図１２において、第１実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
【００４２】
（ファイバレーザ装置の構成）
図１２は、上述したポリマークラッド光ファイバ８を用いたファイバレーザ装置１０１を示す構成図である。
ファイバレーザ装置１０１は、上述した第１実施形態に係るファイバレーザ装置１と同様に、励起用光源３Ａと、光コンバイナー３Ｂと、第１ポリマークラッド光ファイバ５と、第２ポリマークラッド光ファイバ８と、レーザ出射部２とを備える。更に、本実施形態に係るファイバレーザ装置１０１は、上述した光共振器４とは異なる光共振器１０４を備える。
具体的に、光共振器１０４は、第１反射部２２と、増幅用光ファイバ２５で構成される増幅用コイル２１と、増幅用光ファイバ２５の出力側に接続された第２反射部２３と、を備えている。第２ポリマークラッド光ファイバ８は、光共振器１０４の内側（即ち、第１反射部２２と第２反射部２３との間）に設けられておらず、光共振器１０４の外側に設けられている。
第２ポリマークラッド光ファイバ８は、第２反射部２３の出力側に接続されており、増第２反射部２３と出力光ファイバ７（レーザ出射部２）との間に配置されている。レーザ出射部２は、第２ポリマークラッド光ファイバ８に接続された出力光ファイバ７と、出力光ファイバ７に接続された出力光ファイバ６（レーザ出射光ファイバ）とを備えている。出力光ファイバ６は、共振されたレーザ光を出射する。
【００４３】
上述したように、本実施形態に係るファイバレーザ装置１０１においては、光共振器４の外部に、即ち、第２反射部２３と出力光ファイバ７との間に、第２ポリマークラッド光ファイバ８が配置されている。このため、ファイバレーザ装置１０１は、増幅用光ファイバ２５によって吸収されずに光共振器４から出射した光に起因する熱を分散的に放熱する機能を有する。
このような構成を有するファイバレーザ装置１０１によれば、第２ポリマークラッド光ファイバ８を備えているので、ファイバレーザ光回路において局所的な発熱を抑制することができる。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態を説明し、上記で説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、請求の範囲によって制限されている。
【符号の説明】
【００４５】
１，１０１…ファイバレーザ装置、２…レーザ出射部、３Ａ…励起用光源、４，１０４…光共振器、５…ポリマークラッド光ファイバ（第１ポリマークラッド光ファイバ）、６，７…出力光ファイバ（レーザ出射光ファイバ）、８，８Ａ，８Ｂ…ポリマークラッド光ファイバ（第２ポリマークラッド光ファイバ）、１０，１０Ａ，１０Ｂ…ガラス光ファイバ、１１，１１Ａ，１１Ｂ…ポリマークラッド、１１Ｃ…薄肉部、１１Ｄ…厚肉部、２２…反射部（第１反射部）、２３…反射部（第２反射部）、２５…増幅用光ファイバ（増幅用アクティブ光ファイバ）
【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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【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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