(57)【要約】  光ファイバーを用いたレーザ発振器において、強いレーザ発振を実現する。レーザ発振器１は、励起光源１１と、光ファイバー１５と、グレーティング領域１５５と、を備える。励起光源１１は、励起光Ｌ２を出力する。光ファイバー１５は、励起光Ｌ２により発生したレーザ光Ｌ１を長さ方向に伝搬させて、出口Ｏから出力するコア１５１を有する。グレーティング領域１５５は、複数の屈折率変調領域ＨＲがコア１５１の長さ方向に第１間隔Ｄ１を空けて形成された領域である。屈折率変調領域ＨＲは、コア１５１の屈折率とは異なる屈折率を有する。コア１５１の長さ方向とは垂直な方向における屈折率変調領域ＨＲの断面積は、長さ方向とは垂直な方向におけるコア１５１の断面積の１６％以上である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出力する励起光源と、
前記励起光により発生したレーザ光を長さ方向に伝搬させて出口から出力するコアを有する光ファイバーと、
前記コアの屈折率とは異なる屈折率を有する複数の屈折率変調領域が、前記コアの長さ方向に第１間隔を空けて形成されたグレーティング領域と、
を備え、
前記長さ方向とは垂直な方向の前記屈折率変調領域の断面積は、前記長さ方向とは垂直な方向の前記コアの断面積の１６％以上である、
レーザ発振器。
【請求項２】
前記グレーティング領域は、第１グレーティング領域と、前記第１グレーティング領域から前記コアの長さ方向に第２間隔を空けて形成された第２グレーティング領域と、を有する、請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
前記第１グレーティング領域及び前記第２グレーティング領域のいずれか一方の前記長さ方向の形成長さは、他方の形成長さよりも短い、請求項２に記載のレーザ発振器。
【請求項４】
前記光ファイバーは、希土類元素をドープしたフッ化物ファイバーである、請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ発振器。
【請求項５】
前記希土類元素はエルビウムである、請求項４に記載のレーザ発振器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ発振器から出力されるレーザ光をワークに照射して加工を行うレーザ加工装置。
【請求項７】
コアと、
前記コアの屈折率とは異なる屈折率を有する複数の屈折率変調領域が、前記コアの長さ方向に第１間隔を空けて形成されたグレーティング領域と、
を備え、
前記長さ方向とは垂直な方向の前記屈折率変調領域の断面積は、前記長さ方向とは垂直な方向の前記コアの断面積の１６％以上である、
光ファイバー。
【請求項８】
前記グレーティング領域は、第１グレーティング領域と、前記第１グレーティング領域から前記コアの長さ方向に第２間隔を空けて形成された第２グレーティング領域と、を有する、請求項７に記載の光ファイバー。
【請求項９】
コアの屈折率とは異なる屈折率を有する複数の屈折率変調領域が前記コアの長さ方向に第１間隔を空けて形成されたグレーティング領域を備える光ファイバーの製造方法であって、
前記コアの屈折率を変化させる反応光を前記コア内部に照射するステップと、
前記反応光を前記コア内部に照射した状態で、前記反応光を前記コアの長さ方向とは垂直な方向に移動させて前記屈折率変調領域を形成するステップと、
を含む、光ファイバーの製造方法。
【請求項１０】
コアの屈折率とは異なる屈折率を有する複数の屈折率変調領域が前記コアの長さ方向に第１間隔を空けて形成されたグレーティング領域を備える光ファイバーの製造装置であって、
前記コアの屈折率を変化させる反応光を前記コア内部に照射する反応光源と、
前記反応光を前記コア内部に照射した状態で、前記反応光を前記コアの長さ方向とは垂直な方向に移動させる移動台と、
を備える、
製造装置。
【請求項１１】
前記反応光の焦点を前記コア内部に結ぶレンズをさらに備える、請求項１０に記載の製造装置。
【請求項１２】
前記グレーティング領域に向けて入射した励起光が前記グレーティング領域にて反射されることで発生する反射光の強度に基づいて、前記グレーティング領域を形成中の前記光ファイバーを評価する評価装置をさらに備える、請求項１０又は１１に記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ発振器、当該レーザ発振器を備えるレーザ加工装置、当該レーザ発振器に使用される光ファイバー、当該光ファイバーの製造方法、及び、当該光ファイバーの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を長さ方向に伝搬させるコアを有する光ファイバーにおいて、当該コアの内部にコアの屈折率よりも高い（又は低い）屈折率を有する複数の領域（屈折率変調領域と呼ぶことにする）が所定の間隔を空けて形成されたものが知られている。コア内部に光が伝搬するとき、この複数の屈折率変調領域は当該光に対して回折格子として働く。従って、上記のような複数の屈折率変調領域が形成された光ファイバーは、「ファイバーブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ、ＦＢＧ）」と呼ばれる。【０００３】
複数の屈折率変調領域を所定の間隔を空けて形成した光ファイバーに光を伝搬させると、当該光のうち、光ファイバーの屈折率と上記所定の間隔にて決まる波長を有する光を反射光として取り出すことができる。また、例えば、コアに希土類などを添加した光ファイバーの両端近傍に上記所定の間隔で複数の屈折率変調領域を形成し、当該光ファバーに適切な励起光を導入すると、光ファイバーのコア内を伝搬した発光のうち、上記所定の間隔にて決まる波長を有する光を光ファイバー内で往復させて増幅できる。すなわち、レーザ発振を光ファイバー内にて実現できる。【０００４】
特許文献１には、光ファイバーのコア層にパルスレーザ光を照射して当該コア層において化学反応を起こさせることにより、コア層内に屈折率変調領域を形成する技術が開示されている。特許文献１では、１つの屈折率変調領域を形成した後、光ファイバーをグレーティング周期分だけ移動させ、コア層に再度パルスレーザ光を照射することにより、グレーティング周期だけ間隔を空けて複数の屈折率変調領域を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４２６１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１などに開示された従来の屈折率変調領域の形成方法では、屈折率変調領域を形成する光を、コアの長さ方向とは垂直な方向からコア内部に焦点を結んだ状態で照射していた。コア内部に焦点を結んだ状態で当該光を照射するだけだと、コア内部のごく限られた領域にしか当該光が照射されないので、コアの断面に対して小さな割合の面積を有する屈折率変調領域しか形成できない。
屈折率変調領域の面積が小さいと、コアを伝搬する光との相互作用も小さくなり、屈折率変調領域の層数を増やさなければ高い光反射率を得ることが難しかった。【０００７】
屈折率変調領域の面積が小さくコア内を伝搬する光を十分に反射できないため、従来の方法にて形成した屈折率変調領域を有する光ファイバーをレーザ発振器の媒体として用いた場合、光ファイバー内においてレーザ光を十分に増幅できず、レーザ発振を得られなかった。実際、従来の方法を用いて希土類元素をドープした光ファイバーに屈折率変調領域を形成し、当該光ファイバーをレーザ発振器に適用した場合、十分な強度のレーザ光を出力できなかった。  【０００８】
コア内部で発生したレーザ光を十分に反射させるために、光ファイバーの長さ方向に多数の屈折率変調領域を形成することが考えられる。しかしながら、多数の屈折率変調領域を長さ方向に沿って形成する方法には、主に、以下の２つの問題点がある。
１つ目は、多数の屈折率変調領域を長さ方向に沿って形成するには、（ｉ）レーザ照射、（ｉｉ）照射停止、（ｉｉｉ）レーザ光源又は光ファイバーを長さ方向に移動、（ｉｖ）再度レーザ照射、とのプロセスを多数回繰り返す必要があり、レーザ光を十分に増幅できるファイバーブラッググレーティングの製造に時間がかかるという問題点である。
２つ目は、多数の屈折率変調領域を長さ方向に沿って形成すると、光ファイバーの構造のゆがみにより、安定した良好なファイバーブラッググレーティングを得られないという問題点である。【０００９】
本発明の目的は、ファイバーブラッググレーティングを有する光ファイバーにおいて、屈折率変調領域の形成数を少なくしつつ、高い光反射を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係るレーザ発振器は、励起光源と、光ファイバーと、グレーティング領域と、を備える。励起光源は、励起光を出力する。光ファイバーは、励起光により発生したレーザ光を長さ方向に伝搬させて出口から出力するコアを有する。グレーティング領域は、複数の屈折率変調領域がコアの長さ方向に第１間隔を空けて形成された領域である。すなわち、グレーティング領域がファイバーブラッググレーティングとなる。屈折率変調領域は、コアの屈折率とは異なる屈折率を有する。【００１１】
上記のレーザ発振器において、コアの長さ方向とは垂直な方向における屈折率変調領域の断面積は、長さ方向とは垂直な方向におけるコアの断面積の１６％以上である。【００１２】
上記のレーザ発振器において、コア内部のグレーティング領域に形成された屈折率変調領域のコアの長さ方向に垂直な断面積が、コアの長さ方向に垂直な断面積の１６％以上となっている。これにより、屈折率変調領域の形成数が少なくても、励起光により発生したレーザ光に対して高い反射率を有するグレーティング領域を形成できる。
その結果、上記のレーザ発振器においては、第１間隔で決まる特定波長のレーザ光に対して強いレーザ発振を実現できる。つまり、上記のレーザ発振器は、特定の波長に固定してレーザ発振をさせることができ、強度が大きなレーザ光を出力できる。【００１３】
また、屈折率変調領域の形成数が少なくても高い反射率を有することにより、グレーティング領域の形成長さを短くできる。その結果、光ファイバーの長さ方向の品質のバラツキの影響を受けにくい、高品質のグレーティング領域（ファイバーブラッググレーティング）を実現できる。【００１４】
グレーティング領域は、第１グレーティング領域と、第２グレーティング領域と、を有してもよい。第２グレーティング領域は、第１グレーティング領域からコアの長さ方向に第２間隔を空けて形成される。これにより、コアの端部において反射板などを設けることなく、光ファイバー内でレーザ光のレーザ発振が可能となる。【００１５】
第１グレーティング領域及び第２グレーティング領域のいずれか一方のコアの長さ方向の形成長さは、他方の形成長さよりも短くてもよい。
これにより、第１グレーティング領域及び第２グレーティング領域のいずれか一方の反射率を小さくして、反射率の小さなグレーティング領域が形成された側から効率よくレーザ光を取り出すことができる。【００１６】
光ファイバーは、希土類元素をドープしたフッ化物ファイバーであってもよい。これにより、レーザ発振器は、中赤外波長を有するレーザ光を出力できる。【００１７】
光ファイバーにドープされる希土類元素はエルビウムであってもよい。これにより、レーザ発振器は、中赤外領域の波長を有するレーザ光を発振できる。【００１８】
本発明の他の見地に係るレーザ加工装置は、上記のレーザ発振器から出力されるレーザ光を、ワークに照射して加工を行う装置である。【００１９】
本発明のさらなる他の見地に係る光ファイバーは、コアと、グレーティング領域と、を備える。グレーティング領域は、コアの屈折率とは異なる屈折率を有する複数の屈折率変調領域が、コアの長さ方向に第１間隔を空けて形成された領域である。また、上記の光ファイバーにおいて、コアの長さ方向とは垂直な方向の屈折率変調領域の断面積は、当該長さ方向とは垂直な方向のコアの断面積の１６％以上である。
これにより、上記の光ファイバーは、屈折率変調領域の断面積がコアの断面積の１６％以上であるので、屈折率変調領域の形成数を少なくしつつ高い反射率を有する。【００２０】
また、屈折率変調領域の形成数が少なくても高い反射率を有することにより、グレーティング領域の形成長さを短くできる。その結果、長さ方向の品質のバラツキの影響を受けにくい、高品質のグレーティング領域（ファイバーブラッググレーティング）を有する光ファイバーを実現できる。【００２１】
光ファイバーのグレーティング領域は、第１グレーティング領域と、第１グレーティング領域からコアの長さ方向に第２間隔を空けて形成された第２グレーティング領域と、を有してもよい。
これにより、コアの端部において反射板などを設けることなく、光ファイバー内でレーザ光のレーザ発振が可能となる。【００２２】
本発明のさらなる他の見地に係る光ファイバーの製造方法は、コアの屈折率とは異なる屈折率を有する複数の屈折率変調領域がコアの長さ方向に第１間隔を空けて形成されたグレーティング領域を備える光ファイバーの製造方法である。光ファイバーの製造方法は、以下のステップを含む。
◎コアの屈折率を変化させる反応光をコア内部に照射するステップ。
◎反応光をコア内部に照射した状態で、反応光をコアの長さ方向とは垂直な方向に移動させて屈折率変調領域を形成するステップ。【００２３】
上記の光ファイバーの製造方法では、コアの屈折率を変化させる反応光をコア内部に照射した状態で、当該反応光をコアの長さ方向とは垂直な方向に移動させて、コア内部にコアの屈折率とは異なる屈折率を有する屈折率変調領域を形成している。
これにより、断面積が大きな屈折率変調領域を形成して、１つの屈折率変調領域当たりの屈折率変調を大きくできる。その結果、屈折率変調領域の形成数を少なくしつつ、高い反射率を有するグレーティング領域（ファイバーブラッググレーティング）を実現できる。
また、屈折率変調領域の形成数を少なくできることにより、グレーティング領域を有する光ファイバーの製造時間を短縮できる。
さらに、反応光を走査しながら屈折率変調領域を形成することで、屈折率変調領域の断面積の大きさを調整して１つの屈折率変調領域当たりの屈折率変調の大きさを調整でき、また、２つの屈折率変調領域間の距離を調整できる。その結果、様々な特性を有するグレーティング領域を実現できる。【００２４】
本発明のさらなる見地に係る製造装置は、コアの屈折率とは異なる屈折率を有する複数の屈折率変調領域がコアの長さ方向に第１間隔を空けて形成されたグレーティング領域を備える光ファイバーの製造装置である。この製造装置は、反応光源と、移動台と、を備える。
反応光源は、コアの屈折率を変化させる反応光をコア内部に照射する。移動台は、反応光をコア内部に照射した状態で、反応光をコアの長さ方向とは垂直な方向に移動させる。【００２５】
上記の光ファイバーの製造装置では、コアの屈折率を変化させる反応光をコア内部に照射した状態で、当該反応光をコアの長さ方向とは垂直な方向に移動させる。これにより、コア内部にコアの屈折率とは異なる屈折率を有する屈折率変調領域を断面積が大きな状態で形成できる。その結果、１つの屈折率変調領域当たりの屈折率変調を大きして、屈折率変調領域の形成数を少なくしつつ、高い反射率を有するグレーティング領域（ファイバーブラッググレーティング）を実現できる。
また、屈折率変調領域の形成数を少なくできることにより、グレーティング領域を有する光ファイバーの製造時間を短縮できる。
さらに、反応光を走査しながら屈折率変調領域を形成することで、屈折率変調領域の断面積の大きさを調整して１つの屈折率変調領域当たりの屈折率変調の大きさを調整でき、また、２つの屈折率変調領域間の距離を調整できる。その結果、様々な特性を有するグレーティング領域を実現できる。【００２６】
上記の製造装置は、反応光の焦点をコア内部に結ぶレンズをさらに備えてもよい。これにより、コア内部の所定領域に屈折率変調領域を形成できる。【００２７】
上記の製造装置は、評価装置をさらに備えてもよい。評価装置は、グレーティング領域に向けて入射した励起光がグレーティング領域にて反射されることで発生する反射光の強度に基づいて、グレーティング領域を形成中の光ファイバーを評価する。
これにより、光ファイバーにグレーティング領域を形成しつつ、形成されたグレーティング領域の特性を評価できる。
【発明の効果】
【００２８】
屈折率変調領域の形成数を少なくしつつ、高い光反射を有するファイバーブラッググレーティングを有する光ファイバーを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】レーザ加工装置の構成を示す図。
【図２】レーザ発振器の構成を示す図。
【図３】光ファイバーの構成を示す図。
【図４】屈折率変調領域の形成装置を示す図。
【図５】屈折率変調領域の形成方法を示すフローチャート。
【図６Ａ】１つの焦点位置の近傍に形成された屈折率変調領域の一例を示す図。
【図６Ｂ】反応光を一方向に移動させた際に形成される屈折率変調領域の一例を示す図。
【図６Ｃ】反応光を一方向に移動させた際に形成される屈折率変調領域の他の例を示す図。
【図６Ｄ】反応光を二方向に移動させた際に形成される屈折率変調領域の一例を示す図。
【図７Ａ】実施例１にて形成されたグレーティング領域の光学顕微鏡像。
【図７Ｂ】実施例２にて形成されたグレーティング領域の光学顕微鏡像。
【図７Ｃ】比較例にて形成されたグレーティング領域の光学顕微鏡像。
【図８】評価装置の構成を示す図。
【図９】グレーティング領域の長さと反射光の強度との関係の測定結果。
【図１０】励起光の強度と反射光の強度との関係の測定結果。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
１．第１実施形態
（１）レーザ加工装置
以下、第１実施形態に係るレーザ加工装置１００について説明する。まず、レーザ加工装置１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、レーザ加工装置の構成を示す図である。レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌ１を用いてワークＷを加工するための装置である。
レーザ加工装置１００は、レーザ発振器１を備える。レーザ発振器１は、ワークＷにレーザ光Ｌ１を照射して、ワークＷを切断するなどの、ワークＷに対する加工を行う。レーザ発振器１の構成については、後ほど詳しく説明する。
レーザ発振器１から照射するレーザ光Ｌ１により加工できるワークＷとしては、例えば、ガラス基板などがある。
【００３１】
レーザ加工装置１００は、ワーク載置台３を備える。ワーク載置台３は、レーザ発振器１の下に配置され、レーザ光Ｌ１を用いて加工するワークＷを載置する。
【００３２】
図１に示す例では、レーザ発振器１はワーク載置台３の上方に設置され、ワークＷに対して上方から下方に垂直にレーザ光Ｌ１を照射している。しかし、これに限られず、レーザ光Ｌ１をワークＷに対して任意の角度で照射できるよう、レーザ発振器１とワーク載置台３の配置位置の関係を調整してもよい。
また、レーザ発振器１からのレーザ光Ｌ１の光路上にレンズ及び／又はミラーなどの光学素子を配置して、集光・拡散照射及び／又は照射角度を調整してもよい。
【００３３】
（２）レーザ発振器
次に、上記のレーザ加工装置１００に備わるレーザ発振器１の構成について、図２を用いて説明する。図２は、レーザ発振器の構成を示す図である。図２に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器１は、光ファイバー１５をレーザ媒体及び共振器として用いる、ファイバーレーザである。
【００３４】
具体的には、レーザ発振器１は、励起光源１１を有する。励起光源１１は、光ファイバー１５のクラッド１５３に入射する励起光Ｌ２を出力する。クラッド１５３に入射された励起光Ｌ２がコア１５１を通過することで、コア１５１内で励起光Ｌ２が吸収される。その後、誘導放出により、コア１５１内部にて発光が増幅され、さらに光ファイバー１５内部を両端のミラーにより反射を繰り返すことにより、レーザ発振に至る。当該レーザ発振により生じる光の波長は、コア１５１にドープされた元素により定まる。
【００３５】
後述するように、本実施形態において、光ファイバー１５のコア１５１は、フッ化物系のガラスに希土類元素がドープされたものであり、中赤外光（波長：２．８μｍ）を発光するものである。従って、励起光Ｌ２としては、例えば、波長が９７６ｎｍである光を用いることができる。また、上記の励起光Ｌ２を出力できる励起光源１１としては、例えば、上記の波長を有する光を出力する半導体レーザを用いることができる。
【００３６】
レーザ発振器１は、光導入部１３を有する。光導入部１３は、励起光源１１から出力した励起光Ｌ２を光ファイバー１５のクラッド１５３に導入する。具体的には、光導入部１３は、励起光導波ファイバー１３１と、導入レンズ１３３と、を有する。
【００３７】
励起光導波ファイバー１３１は、励起光源１１から出力した励起光Ｌ２を導入レンズ１３３に導波する、例えば光ファイバーである。導入レンズ１３３は、光ファイバー１５の一端である入口Ｉの近傍に配置され、励起光導波ファイバー１３１により導波された励起光Ｌ２を、クラッド１５３に導入する。
【００３８】
レーザ発振器１は、光ファイバー１５を有する。光ファイバー１５は、本実施形態のレーザ発振器１において、レーザ媒体及び共振器として機能し、励起光Ｌ２の照射により発生したレーザ光Ｌ１を増幅させてレーザ発振させる。光ファイバー１５の構成の詳細については、後ほど詳しく説明する。
【００３９】
レーザ発振器１は、コリメータ１７を有する。コリメータ１７は、光ファイバー１５の出口Ｏから出射したレーザ光Ｌ１を平行光線とするレンズである。
【００４０】
（３）光ファイバー
以下、レーザ発振器１のレーザ媒体及び共振器として機能する、本実施形態の光ファイバー１５の構成について、図３を用いて説明する。図３は、光ファイバーの構成を示す図である。
光ファイバー１５は、コア１５１を有する。コア１５１は、光導入部１３から導入した励起光Ｌ２により励起され、コア１５１にドープされた物質により決まる波長のレーザ光Ｌ１を発生する。すなわち、コア１５１は、レーザ発振器１のレーザ媒体として機能する。本実施形態において、コア１５１は、希土類元素をドープしたフッ化物ファイバーである。具体的には、希土類元素としてエルビウム（Ｅｒ）をドープしたＺＢＬＡＮガラスである。ＺＢＬＡＮガラスは、ジルコニウム（Ｚｒ）、バリウム（Ｂａ）、ランタン（Ｌａ）、アルミニウム（Ａｌ）、ナトリウム（Ｎａ）を主成分とするガラスある。
【００４１】
エルビウムをドープしたＺＢＬＡＮガラスをコア１５１の材料として用いることにより、コア１５１は、励起光Ｌ２により励起されることで、中赤外の波長（具体的には、２．８μｍ近辺）のレーザ光Ｌ１を発生できる。
【００４２】
光ファイバー１５は、クラッド１５３を有する。クラッド１５３は、コア１５１の外周においてコア１５１を覆うように形成された、コア１５１の屈折率よりも小さな屈折率を有する層である。クラッド１５３を有することにより、コア１５１において発生したレーザ光Ｌ１は、コア１５１とクラッド１５３との界面で全反射及び／又は屈折され、コア１５１の長さ方向に沿って伝搬できる。
コア１５１の長さ方向に伝搬されたレーザ光Ｌ１は、光ファイバー１５の出口Ｏから出力される。
【００４３】
他の実施形態において、クラッド１５３は、光ファイバー１５の径方向において複数の層を有してもよい。この場合、光ファイバー１５の内側にある層の屈折率を、外側にある層の屈折率よりも高くする。
これにより、クラッド１５３に入射した励起光Ｌ２を、内側の層と外側の層との界面において全反射できる。その結果、励起光Ｌ２は、コア１５１を複数回通過できる。
【００４４】
光ファイバー１５は、グレーティング領域１５５を有する。グレーティング領域１５５は、コア１５１を伝搬したレーザ光Ｌ１の一部を反射する領域である。本実施形態において、グレーティング領域１５５は、第１グレーティング領域１５５ａと、第２グレーティング領域１５５ｂと、を有する。
【００４５】
第１グレーティング領域１５５ａは、光ファイバー１５の励起光Ｌ２の入口Ｉの近傍のコア１５１内部に形成される。図３に示すように、第１グレーティング領域１５５ａは、第１間隔Ｄ１を空けて形成された複数の屈折率変調領域ＨＲを含む。屈折率変調領域ＨＲは、コア１５１の屈折率とは異なる屈折率を有する領域である。すなわち、第１グレーティング領域１５５ａにおいては、屈折率が相対的に高い箇所と相対的に低い箇所が交互に配置される。
【００４６】
グレーティング領域１５５内のある屈折率変調領域ＨＲからの反射光と、第１間隔Ｄ１を空けて配置された隣接する屈折率変調領域ＨＲからの反射光とが同一箇所で同位相となっていれば、これら２つの反射光は、干渉により互いにその強度を強めることとなる。このような反射光の強度の強め合いがグレーティング領域１５５内で発生し、結果的に光反射が起こる。
【００４７】
後述するように、本実施形態の屈折率変調領域ＨＲは、反応光Ｌ３をコア１５１内部に照射した状態で、コア１５１の断面と平行な方向（Ｙ方向及びＺ方向）に当該反応光Ｌ３を移動させながら形成されている。その結果、コア１５１の長さ方向に垂直な方向の断面積で比較すると、本実施形態の屈折率変調領域ＨＲは、コア１５１の断面積の１６％以上の断面積を有している。これにより、第１グレーティング領域１５５ａの各屈折率変調領域ＨＲは、従来の屈折率変調領域と比較して反射率が高くなる。
その結果、第１グレーティング領域１５５ａは、従来のグレーティング領域（ファイバーブラッググレーティング）よりも長さが短くても、特定波長のレーザ光Ｌ１を強く反射できる。
【００４８】
上記の構成を有する第１グレーティング領域１５５ａは、コア１５１を入口Ｉ方向に伝搬してきたレーザ光Ｌ１のうち、屈折率変調領域ＨＲによるブラッグ反射の条件を満たす特定波長のレーザ光Ｌ１の一部を、コア１５１の出口Ｏに向けてより強く反射できる。すなわち、第１グレーティング領域１５５ａで特に強く反射できるレーザ光Ｌ１は、２＊ｎ＊ｄ１（ｎ：コア１５１の屈折率、ｄ１：第１間隔Ｄ１の大きさ）との式で表される波長を有している。
【００４９】
第２グレーティング領域１５５ｂは、光ファイバー１５のレーザ光Ｌ１の出口Ｏの近傍のコア１５１内部に形成される。すなわち、第２グレーティング領域１５５ｂは、第１グレーティング領域１５５ａから、コア１５１の長さ方向に、第２間隔Ｄ２を空けて形成される。図３に示すように、第２グレーティング領域１５５ｂは、第１グレーティング領域１５５ａと同様に、第１間隔Ｄ１を空けて形成された複数の屈折率変調領域ＨＲを含む。
【００５０】
従って、第２グレーティング領域１５５ｂは、第１グレーティング領域１５５ａにおける反射原理と同様の原理にて、コア１５１を出口Ｏ方向に伝搬してきたレーザ光Ｌ１のうち、第１間隔Ｄ１にて決まる波長のレーザ光Ｌ１の一部を、コア１５１の入口Ｉに向けて反射できる。出口Ｏ方向に伝搬してきたレーザ光Ｌ１のうち、第２グレーティング領域１５５ｂを通過したレーザ光Ｌ１が、出口Ｏから出力される。
なお、より多くのレーザ光Ｌ１を出口Ｏから出力するため、第２グレーティング領域１５５ｂにおけるレーザ光Ｌ１の反射率は、第１グレーティング領域１５５ａにおける反射率よりも小さいことが好ましい。具体的には、第２グレーティング領域１５５ｂの形成長さは、第１グレーティング領域１５５ａの形成長さよりも短いことが好ましい。
【００５１】
光ファイバー１５のコア１５１が、上記のように、励起光Ｌ２の入口Ｉ側に第１グレーティング領域１５５ａを有し、レーザ光Ｌ１の出口Ｏ側に第２グレーティング領域１５５ｂを有することで、特定波長を有するレーザ光Ｌ１を、第１グレーティング領域１５５ａと第２グレーティング領域１５５ｂとの間で増幅できる。すなわち、光ファイバー１５のいずれかの端部にミラーなどを配置することなく、コア１５１内でレーザ光Ｌ１のレーザ発振を実現できる。
【００５２】
また、十分な強度のレーザ発振を実現するために光ファイバー１５の端部近傍にミラーなどを配置する必要がないので、本実施形態の光ファイバー１５を備えるレーザ発振器１は、損失を少なくできる。その結果、より大きな強度のレーザ光Ｌ１を効率よく出力できる。
【００５３】
（４）光ファイバーの製造方法
（４−１）屈折率変調領域の形成装置
以下、本実施形態に係る光ファイバー１５の製造方法（屈折率変調領域ＨＲの形成方法）について説明する。まず、本実施形態に係る光ファイバー１５に屈折率変調領域ＨＲを形成する形成装置２００（製造装置の一例）の構成について、図４を用いて説明する。図４は、屈折率変調領域の形成装置を示す図である。
【００５４】
形成装置２００は、反応光源２０１を備える。反応光源２０１は、反応光Ｌ３を出力する光源である。反応光Ｌ３は、コア１５１の当該反応光Ｌ３が照射された箇所において化学反応を起こさせて、当該箇所の屈折率を、コア１５１の屈折率と異ならせる。反応光源２０１としては、例えば、フェムト秒の短パルスレーザ光（パルス幅：４００ｆｓ（フェムト秒）、波長：５１５ｎｍ）を反応光Ｌ３として発生できる光源を用いることができる。また、反応光Ｌ３の出力強度は、例えば、０．０１μＪ〜１μＪの範囲にて調整される。反応光Ｌ３の出力強度は、屈折率変調領域ＨＲを形成する光ファイバー１５の種類などに従って適宜調整される。
上記の反応光Ｌ３を用いることで、本実施形態では、コア１５１の屈折率よりも高い屈折率を有する屈折率変調領域ＨＲを形成できる。
【００５５】
形成装置２００は、移動台２０３を備える。図４に示すように、移動台２０３は、その上部に、屈折率変調領域ＨＲを形成する光ファイバー１５を載置する。移動台２０３は、平面内（Ｘ−Ｙ平面内）にてＸ軸方向（図４においては、光ファイバー１５の長さ方向）及び／又はＹ軸方向（図４においては、Ｘ−Ｙ平面内で光ファイバー１５の長さ方向とは垂直な方向）に移動可能である。また、移動台２０３は、Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ軸方向にも移動可能である。
【００５６】
光ファイバー１５のコア１５１内部の正確な位置に屈折率変調領域ＨＲを形成するため、移動台２０３は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び／又はＺ軸方向に、高精度に移動する。このような移動台２０３としては、例えば、ピエゾ素子などを駆動源とした移動台（ステージ）を用いることができる。
【００５７】
形成装置２００は、対物レンズ２０５を備える。対物レンズ２０５は、光路変更部材２０７（例えば、プリズムミラー）を介して、反応光源２０１から伝搬された反応光Ｌ３の焦点をコア１５１内に結ぶレンズである。対物レンズ２０５によりコア１５１内部に焦点を結んだ反応光Ｌ３は、当該焦点の近傍において、コア１５１の屈折率を異ならせる化学反応を促進する十分な強度を有する。すなわち、コア１５１内部の反応光Ｌ３が焦点を結んだ近傍の微小な領域において、コア１５１の屈折率を異ならせる反応が起こる。
【００５８】
他の実施形態において、対物レンズ２０５は、図４のＺ軸方向に移動可能であってもよい。この場合、移動台２０３がＺ軸方向に移動可能となる代わりに対物レンズ２０５のみがＺ軸方向に移動可能となってもよいし、移動台２０３及び対物レンズ２０５の両方がＺ軸方向に移動可能となってもよい。
移動台２０３及び／又は対物レンズ２０５がＺ軸方向に移動可能であることにより、対物レンズ２０５は、コア１５１内部において、図４のＺ軸方向の任意の位置に、反応光Ｌ３の焦点を結ぶことができる。その結果、コア１５１内部のＺ軸方向の任意の位置の屈折率を異ならせることができる。
【００５９】
上記の場合には、移動台２０３と同様、対物レンズ２０５も、移動台２０３に載置された光ファイバー１５のコア１５１内部の任意の位置に、精度よく、反応光Ｌ３の焦点を結ぶことが好ましい。従って、対物レンズ２０５のＺ軸方向の移動も、例えば、ピエゾ素子を駆動源とすることが好ましい。
【００６０】
また、形成装置２００は、光路変更部材２０７の上部に図示しないカメラを備える。このカメラにより、対物レンズ２０５を介して、反応光Ｌ３により形成された加工痕を観察することができる。その結果、コア１５１の適切な位置に反応光Ｌ３を照射できる。
【００６１】
形成装置２００は、上記の反応光源２０１、移動台２０３、及び対物レンズ２０５を制御する制御部２０９を備える。制御部２０９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶装置（ＳＳＤ、ハードディスクなど）、各種インターフェースを備えたコンピュータシステムと、反応光源２０１のコントローラと、移動台２０３のコントローラと、により構成される。
なお、反応光源２０１のコントローラ、及び、移動台２０３のコントローラは、制御部２０９のコンピュータシステムにおいてプログラム（当該プログラムは、コンピュータシステムの記憶装置に記憶されている）を実行することにより制御されてもよい。
【００６２】
また、形成装置２００は、光ファイバー１５の片側からコア１５１に白色光を導入する白色光源（図示せず）を備える。白色光をコア１５１に導入することにより、光ファイバー１５の反射あるいは透過スペクトルの観察が可能となる。その結果、形成装置２００による製造中に、形成されたグレーティング領域１５５の品質を確認することが可能となり、製造時間の短縮とともに、グレーティング領域１５５の品質を安定化させることができる。
【００６３】
また、他の実施形態において、クラッド１５３に励起光Ｌ２を導入することにより発生したレーザ発振出力を測定することで、形成されたグレーティング領域１５５の評価を行ってもよい。
具体的には、形成装置２００に、後述する評価装置３００を導入することにより、励起光Ｌ２を用いたグレーティング領域１５５の評価を実行できる。
【００６４】
上記の構成を有することにより、本実施形態に係る形成装置２００は、移動台２０３及び／又は対物レンズ２０５により反応光Ｌ３の焦点位置を移動させて、光ファイバー１５のコア１５１内部の任意の位置の屈折率を異ならせることができる。その結果、コア１５１内部に任意の形態の屈折率変調領域ＨＲを形成できる。
【００６５】
（４−２）屈折率変調領域の形成方法
以下、本実施形態に係る屈折率変調領域ＨＲの形成方法を、図５を用いて説明する。図５は、屈折率変調領域の形成方法を示すフローチャートである。以下では、上記の形成装置２００により本実施形態に係る屈折率変調領域ＨＲの形成方法を実行する場合を例にとって説明する。
まず、屈折率変調領域ＨＲを形成する光ファイバー１５を、形成装置２００の移動台２０３に載置する。光ファイバー１５を移動台２０３に載置後、移動台２０３を移動させることにより、コア１５１内部の所定の位置（グレーティング領域１５５内の所定の位置）に反応光Ｌ３が到達するよう、光ファイバー１５のＸ−Ｙ平面における位置を調整する。
また、反応光Ｌ３の焦点がコア１５１内部に結ばれるよう、対物レンズ２０５のＺ軸方向における位置を調整する。
【００６６】
次に、反応光源２０１から反応光Ｌ３を発生させて、当該反応光Ｌ３をコア１５１内部に照射する（ステップＳ１）。これにより、図６Ａに示すように、反応光Ｌ３の焦点位置の近傍、すなわち、所定量以上の光量の反応光Ｌ３が照射されたコア１５１部分において化学反応が起こり、コア１５１の当該焦点位置の近傍の屈折率が、コア１５１の他の領域の屈折率とは異なるものとなる（本実施形態では、コア１５１の他の領域よりも屈折率が高くなる）。図６Ａは、１つの焦点位置の近傍に形成された屈折率変調領域の一例を示す図である。このようにして、反応光Ｌ３の焦点位置の近傍に小さな屈折率変調領域ＨＲが形成される。
【００６７】
しかしながら、図６Ａに示すように、１つの焦点位置の近傍に形成された屈折率変調領域ＨＲは、コア１５１の長さ方向に垂直な面の断面積に対してわずかな面積しか占めていない。
このような断面積の小さな屈折率変調領域ＨＲが形成された部分にレーザ光Ｌ１が伝搬しても、当該レーザ光Ｌ１は、この屈折率変調領域ＨＲではほとんど反射されない。
【００６８】
従って、本実施形態においては、コア１５１の長さ方向に垂直な面の断面積に対して、より大きな面積を占める屈折率変調領域ＨＲをコア１５１内部に形成する。具体的には、反応光Ｌ３をコア１５１内部に照射した状態で、当該反応光Ｌ３をコア１５１の長さ方向とは垂直な方向に移動させて（本実施形態では、Ｙ−Ｚ平面内にて移動）、屈折率変調領域ＨＲを形成する（ステップＳ２）。
【００６９】
具体的には、反応光Ｌ３の短パルスを所定の間隔で発生させコア１５１内部に照射しつつ、移動台２０３により光ファイバー１５をＹ軸方向に所定の速度にて移動させる。
反応光Ｌ３の短パルスの発生間隔、及び、光ファイバー１５の移動速度は、１パルス分の反応光Ｌ３の照射領域の一部が、他の１パルス分の反応光Ｌ３の照射領域の一部と重複するよう調整される。
これにより、光ファイバー１５の移動に従って、コア１５１内部に形成される屈折率変調領域ＨＲの面積を増大できる。例えば、コア１５１のＹ軸方向の一端から他端に反応光Ｌ３を移動させると、図６Ｂに示すように、Ｙ軸方向に長い長方形を有する屈折率変調領域ＨＲを形成できる。図６Ｂは、反応光を一方向に移動させた際に形成される屈折率変調領域の一例を示す図である。
【００７０】
また、反応光Ｌ３の短パルスを所定の間隔で発生させコア１５１内部に照射しつつ、反応光Ｌ３の焦点位置を所定の速度にてＺ軸方向に移動させることで、図６Ｃに示すように、Ｚ軸方向に長い屈折率変調領域ＨＲを形成できる。なお、図６Ｃに示す屈折率変調領域ＨＲは、コア１５１のＺ軸方向の一端から他端に反応光Ｌ３の焦点位置を移動させることで形成される。図６Ｃは、反応光を一方向に移動させた際に形成される屈折率変調領域の他の例を示す図である。
【００７１】
さらに、上記のＹ軸方向の反応光Ｌ３の焦点位置の移動と、Ｚ軸方向の反応光Ｌ３の焦点位置の移動と、を組み合わせることができる。例えば、図６Ｄに示すように、コア１５１の一端から他端に向けてＹ軸方向に反応光Ｌ３の焦点位置を移動後、反応光Ｌ３の焦点位置をわずかにＺ軸方向に移動させ、さらに反応光Ｌ３をコア１５１の他端から一端に向けて最初のＹ軸方向の移動とは逆方向に反応光Ｌ３を移動させることを繰り返す。これにより、図６Ｄに示すように、コア１５１の断面において大きな面積を占める平面状の屈折率変調領域ＨＲを形成できる。図６Ｄは、反応光を二方向に移動させた際に形成される屈折率変調領域の一例を示す図である。
なお、反応光Ｌ３のＺ軸方向の移動方向は、既に屈折率変調領域ＨＲが形成された箇所に、集光された反応光Ｌ３が照射されない方向とする。本実施形態では、反応光Ｌ３の焦点位置のＺ軸方向の移動方向を、反応光源２０１の設置方向（図６Ｄでは上方向）とする。これにより、既に形成された屈折率変調領域ＨＲに、集光された反応光Ｌ３が再度照射されることを回避できる。
【００７２】
上記のように、Ｙ軸方向の反応光Ｌ３の移動と、Ｚ軸方向の反応光Ｌ３の移動と、を組み合わせて、さらに、反応光Ｌ３のＹ軸方向の移動範囲とＺ軸方向の移動範囲とを調整することもできる。これにより、コア１５１の断面において、任意の断面形状及び断面積を有する屈折率変調領域ＨＲを形成できる。
【００７３】
上記のようにしてコア１５１内部にて反応光Ｌ３の焦点位置を移動して、１つの屈折率変調領域ＨＲを形成後、さらに屈折率変調領域ＨＲの形成を継続するか否かを判断する。本実施形態では、屈折率変調領域ＨＲの形成を継続するか否かは、屈折率変調領域ＨＲの形成数が予め決められた数となったか否かにより決定する。
他の実施形態において、グレーティング領域１５５が形成された光ファイバー１５にて発生するレーザ発振出力の大きさを、屈折率変調領域ＨＲの形成を継続するか否かの判断基準としてもよい。
さらに他の実施形態において、グレーティング領域１５５の反射スペクトルを、屈折率変調領域ＨＲの形成を継続するか否かの判断基準としてもよい。例えば、グレーティング領域１５５にて反射された特定の波長を有する光の強度が所望の大きさとなったか否かを、屈折率変調領域ＨＲの形成を継続するか否かの判断基準としてもよい。その他、当該光のスペクトル形状（当該光のピーク波長、スペクトルの半値幅、サイドローブの有無など）を判断基準としてもよい。
【００７４】
上記の判断基準に基づいて、屈折率変調領域ＨＲの形成を継続しないと決定した場合（ステップＳ３において「Ｎｏ」の場合）、屈折率変調領域ＨＲの形成プロセスを終了する。
【００７５】
一方、屈折率変調領域ＨＲの形成を継続すると決定した場合（ステップＳ３において「Ｙｅｓ」の場合）、反応光Ｌ３の照射を停止後（ステップＳ４）、移動台２０３により、光ファイバー１５を第１間隔Ｄ１だけ長さ方向（Ｘ軸方向）に移動させる（ステップＳ５）。
【００７６】
光ファイバー１５を第１間隔Ｄ１だけ長さ方向に移動後、当該長さ方向の位置にて、上記のステップＳ１〜Ｓ３を実行し、屈折率変調領域ＨＲを形成する。
上記のステップＳ１〜Ｓ５を繰り返し実行することにより、グレーティング領域１５５において、互いに隣接する屈折率変調領域ＨＲの間隔を第１間隔Ｄ１だけ空けて、複数の屈折率変調領域ＨＲを形成できる。
【００７７】
以下、上記のステップＳ１〜Ｓ５を形成装置２００にて実行することにより実際に形成されたグレーティング領域１５５について説明する。まず、グレーティング領域１５５の形成条件について説明する。
グレーティング領域１５５を形成する光ファイバー１５として、コア１５１にエルビウムをドープしたＺＢＬＡＮガラス製のものを用いた（コア１５１の直径：２８μｍ）。
屈折率変調領域ＨＲは、パルス幅が４００ｆｓ、波長が５１５ｎｍである反応光Ｌ３を用いて形成した。反応光Ｌ３の強度は、反応光Ｌ３による照射痕を確認しながら０．５μＪ付近にて調整した。
また、光ファイバー１５の長さ方向における反応光Ｌ３の移動距離、すなわち、互いに隣接する屈折率変調領域ＨＲの間隔（第１間隔Ｄ１）を９７０ｎｍとした。
【００７８】
また、コア１５１の長さ方向とは垂直な方向（Ｙ−Ｚ平面）の断面における反応光Ｌ３の走査範囲としては、コア１５１の中心を中心とした１０μｍ×１０μｍの範囲（実施例１とする）、２８μｍ×２８μｍの範囲（実施例２とする）を選択した。また、比較例として、反応光Ｌ３の走査をすることなく屈折率変調領域ＨＲの形成を行った。
【００７９】
次に、上記の条件にて屈折率変調領域ＨＲを形成したときの、光ファイバー１５に形成されたグレーティング領域１５５の光学顕微鏡像を、図７Ａ〜図７Ｃに示す。図７Ａは、実施例１にて形成されたグレーティング領域の光学顕微鏡像である。図７Ｂは、実施例２にて形成されたグレーティング領域の光学顕微鏡像である。図７Ｃは、比較例にて形成されたグレーティング領域の光学顕微鏡像である。
これらの図に示すように、反応光Ｌ３の走査範囲と、形成される屈折率変調領域ＨＲのサイズは対応していることが分かる。なお、比較例における屈折率変調領域ＨＲのサイズは、約０．７μｍ×２μｍであった。
【００８０】
このように、屈折率変調領域ＨＲを形成する際に反応光Ｌ３をコア１５１の断面と平行な方向に走査することにより、断面積の大きな屈折率変調領域ＨＲを形成できる。また、反応光Ｌ３の走査範囲を適宜調整することで、任意の断面積を有する屈折率変調領域ＨＲを形成できる。
【００８１】
（５）光ファイバーの評価
（５−１）評価装置
本実施形態においては、形成装置２００にて光ファイバー１５にグレーティング領域１５５を形成中に、光ファイバー１５のレーザ媒体及び共振器としての評価を行った。以下、光ファイバー１５の評価実験及び評価結果について説明する。
まず、本実施形態に係る光ファイバー１５を評価するための評価装置３００について、図８を用いて説明する。図８は、評価装置の構成を示す図である。
【００８２】
図８に示す本実施形態に係る評価装置３００は、図４を用いて説明した形成装置２００に組み込まれている。この評価装置３００は、形成装置２００にてグレーティング領域１５５を形成しながら励起光Ｌ２をクラッド１５３に入射し、グレーティング領域１５５にて反射された反射光Ｌ１’の強度を測定することで、レーザ発振媒体としての光ファイバー１５の性能を評価できる。
【００８３】
具体的には、評価装置３００は、励起光源３０１を備える。励起光源３０１は、励起光Ｌ２を出力する。励起光源３０１としては、例えば、レーザ発振器１にて使用されている励起光源１１と同一の光源を用いることができる。
【００８４】
評価装置３００は、励起光導波ファイバー３０３を備える。励起光導波ファイバー３０３は、励起光源３０１から出力した励起光Ｌ２を、導入部３０５に導波する光ファイバーである。導入部３０５は、光ファイバー１５のグレーティング領域１５５が形成されている一端とは反対側の他端近傍に配置され、励起光Ｌ２を当該他端からクラッド１５３に導入する。
【００８５】
図８に示すように、導入部３０５は、ミラー３０５ａを有する。ミラー３０５ａは、グレーティング領域１５５にて反射された反射光Ｌ１’を、後述する光測定部３０７に導く。図８に示すように、ミラー３０５ａは、励起光Ｌ２の光路上に配置されている。ミラー３０５ａは、励起光Ｌ２を透過して、レーザ発振出力を反射するミラーである。具体的には、例えば、ハーフミラー、ダイクロイックミラーなどをミラー３０５ａとして使用できる。
【００８６】
評価装置３００は、光測定部３０７を備える。光測定部３０７は、グレーティング領域１５５にて反射され、ミラー３０５ａにより導かれた反射光Ｌ１’の強度を測定する。光測定部３０７としては、例えば、フォトダイオードなどの光の強度を測定できるセンサ、集熱式のパワーメータを用いることができる。
【００８７】
（５−２）評価結果
以下、本実施形態の屈折率変調領域ＨＲの形成方法を用いて作製したグレーティング領域１５５を有する光ファイバー１５の評価結果について説明する。
本実施形態においては、グレーティング領域１５５の形成長さと反射光Ｌ１’の強度との関係と、励起光Ｌ２の強度と反射光Ｌ１’の強度との関係と、を用いてグレーティング領域１５５を有する光ファイバー１５の評価を行った。
【００８８】
まず、グレーティング領域１５５の長さと、反射光Ｌ１’（波長：２．８μｍ）の強度との関係を評価した結果を図９に示す。
図９に示す評価結果は、上記の実施例１、実施例２、及び比較例にて示した屈折率変調領域ＨＲを形成装置２００により形成しながら、励起光Ｌ２をクラッド１５３に入射し、形成されたグレーティング領域１５５により反射された反射光Ｌ１’を光測定部３０７により測定することで得た。
【００８９】
図９に示すように、比較例においては、グレーティング領域１５５の長さをある閾値以上にしないと、光測定部３０７にて測定可能な程度の大きさの反射光Ｌ１’を得られなかった。
その一方、反応光Ｌ３を走査して屈折率変調領域ＨＲを形成した実施例１及び２においては、グレーティング領域１５５の長さが上記閾値よりも小さくても、光測定部３０７により反射光Ｌ１’が測定された。
上記の結果は、反応光Ｌ３を走査して形成された屈折率変調領域ＨＲ（実施例１及び２）は、反応光Ｌ３を走査することなく形成した場合（比較例）と比較して大きな反射率を有することを示している。また、反応光Ｌ３を走査して形成された屈折率変調領域ＨＲを含むグレーティング領域１５５は、その形成長さが短くても、すなわち、屈折率変調領域ＨＲの形成数が少なくても十分な反射率を有することを示している。
【００９０】
次に、上記の実施例１、実施例２、及び比較例について、励起光Ｌ２の強度と反射光Ｌ１’の強度との関係を評価した結果を図１０に示す。
図１０に示す評価結果は、上記の実施例１、実施例２、及び比較例にて示したグレーティング領域１５５を所定の長さだけ形成後に、励起光Ｌ２の強度を変化させながら反射光Ｌ１’の強度を測定することにより得た。なお、有意な測定結果を得るために、比較例１におけるグレーティング領域１５５の形成長さは、実施例１及び２におけるグレーティング領域１５５の形成長さよりも長くしている。
【００９１】
図１０に示すグラフの傾きは、光ファイバー１５に入力した励起光Ｌ２の強度（の差分）に対する出力としての反射光Ｌ１’の強度（の差分）を表すので、光ファイバー１５をレーザ媒体及び共振器として用いた場合のレーザ効率（スロープ効率とも呼ばれる）に対応する。
図１０に示す評価結果から算出した、実施例１、実施例２、及び比較例の光ファイバー１５のレーザ効率（スロープ効率）は、それぞれ、１２％、１６％、及び１．５％であった。
【００９２】
上記の結果は、反応光Ｌ３をコア１５１の断面方向に走査させて屈折率変調領域ＨＲを形成することにより、従来の形成方法と比較して、レーザ効率を１０倍程度まで改善できていることを示している。すなわち、反応光Ｌ３を走査して形成した屈折率変調領域ＨＲを含むグレーティング領域１５５を有する光ファイバー１５の方が、レーザ媒体として優れていることを示している。
【００９３】
（５−３）評価結果のまとめ
（５−３−１）本実施形態の製造方法の観点からの有利点
上記の評価結果から、本実施形態に係る屈折率変調領域ＨＲの形成方法は、従来の方法と比較して、以下のような有利点がある。
まず、屈折率変調領域ＨＲの形成数を少なくできることにより、グレーティング領域１５５を有する光ファイバー１５の製造時間を短縮できる。なぜなら、反応光Ｌ３をコア１５１の断面内で走査する時間と、反応光Ｌ３を光ファイバー１５の長さ方向に第１間隔Ｄ１だけ移動させる時間とを比較すると、前者の時間の方がはるかに短いからである。
すなわち、十分な反射率を得るために反応光Ｌ３を光ファイバー１５の長さ方向に沿って移動させる回数を増加させる代わりに、反応光Ｌ３をコア１５１の断面内で走査して１つの屈折率変調領域ＨＲあたりの屈折率を大きくし、反応光Ｌ３を長さ方向に移動させる回数を減少することで、グレーティング領域１５５を有する光ファイバー１５の製造時間を短縮できる。
【００９４】
また、グレーティング領域１５５の形成長さを短くできることにより、品質の安定したグレーティング領域１５５を形成できる。なぜなら、グレーティング領域１５５の形成長さが長くなると、光ファイバー１５の構造のゆがみ（捻れ、コア１５１の位置の偏りなど）の影響を受けて、グレーティング領域１５５の特性が長さ方向の位置によって異なることがあるからである。
【００９５】
さらに、反応光Ｌ３をコア１５１の断面方向に沿って走査して屈折率変調領域ＨＲを形成する方法は、従来の方法と比較して、隣接する屈折率変調領域ＨＲ同士がコア１５１の長さ方向において重複することを回避し、かつ、光ファイバー１５に大きなダメージを与えることなく、大きな断面積を有する屈折率変調領域ＨＲを形成できる。
【００９６】
従来の方法においては、例えば反応光Ｌ３の強度を大きくすることで、屈折率変調領域ＨＲの断面積を大きくできる可能性がある。しかしながら、反応光Ｌ３の強度を大きくすると、光ファイバー１５の長さ方向にも屈折率変調領域ＨＲが大きくなる。このため、反応光Ｌ３の強度を大きくして、隣接する屈折率変調領域ＨＲの間隔を１μｍ程度と小さくすると、隣接する屈折率変調領域ＨＲ同士がコア１５１の長さ方向において重複することがある。
また、過剰に強い反応光Ｌ３を光ファイバー１５に照射すると、光ファイバー１５に大きなダメージが生じることがある。
【００９７】
このように、隣接する屈折率変調領域ＨＲ同士の重複を回避する必要があるとの観点と、光ファイバー１５に大きなダメージを与えないとの観点から、反応光Ｌ３を走査しない従来の方法にて形成できる屈折率変調領域ＨＲの断面積の大きさには限界がある。
【００９８】
その一方、反応光Ｌ３を走査して屈折率変調領域ＨＲを形成する方法は、反応光Ｌ３の強度を大きくすることなく大きな断面積を有する屈折率変調領域ＨＲを形成できる。そのため、反応光Ｌ３をコア１５１の断面方向に走査して屈折率変調領域ＨＲの断面積を大きくしても、隣接する屈折率変調領域ＨＲ同士がコア１５１の長さ方向において重複することがない。また、反応光Ｌ３の強度を大きくする必要がないため、光ファイバー１５に大きなダメージを与えることなく、大きな断面積を有する屈折率変調領域ＨＲを形成できる。
【００９９】
光ファイバー１５に照射できる反応光Ｌ３の強度などに基づいて算出される反応光Ｌ３の照射痕の大きさの限界値を考慮すると、反応光Ｌ３を２μｍ以上走査すれば、従来の方法による屈折率変調領域ＨＲよりも大きな反射率を有する屈折率変調領域ＨＲを形成できる。
また、反応光Ｌ３を走査して屈折率変調領域ＨＲを形成する本実施形態の方法は、特に、コア１５１の径が３μｍ以上である光ファイバー１５にグレーティング領域１５５（ファイバーブラッググレーティング）を形成する場合に有利である。
【０１００】
（５−３−２）本実施形態の応用面の観点からの有利点
また、反応光Ｌ３を走査して形成された屈折率変調領域ＨＲが大きな反射率を有することにより、光ファイバー１５の応用面の観点からは以下のような有利点がある。
まず、コア１５１の断面積に対する屈折率変調領域ＨＲの断面積の割合が大きくなるほど、測定される反射光Ｌ１’が大きくなる傾向も見られている。十分に大きな反射率を有するグレーティング領域１５５を形成する観点からは、コア１５１の断面積に対する屈折率変調領域ＨＲの断面積の割合は、少なくとも１６％以上であればよい。
反射率を大きくしレーザ効率をより高くするとの観点からは、コア１５１の断面積に対する屈折率変調領域ＨＲの断面積の割合は、２０％以上とすることが好ましく、５０％以上とすることがより好ましく、１００％とすることが最も好ましい。
【０１０１】
また、反応光Ｌ３をコア１５１の断面方向に走査して屈折率変調領域ＨＲを形成することにより、屈折率変調領域ＨＲ単位で精度よく屈折率を制御できる。その結果、第１実施形態に係る屈折率変調領域ＨＲの形成方法は、様々な特性を有するグレーティング領域１５５を実現できる。
グレーティング領域１５５内で屈折率変調領域ＨＲの屈折率を制御することで、例えば、ファイバーブラッググレーティング内にて発生するレーザ光のサイドローブを減少し、レーザ光のスペクトル幅を小さくできる。さらに、サイドピークの発生を抑制できる。すなわち、指向性が強く、かつ、スペクトル特性に優れた理想的なレーザ光を出力できる。
【０１０２】
さらに、反応光Ｌ３をコア１５１の断面方向に走査して、反射率の大きな屈折率変調領域ＨＲを形成することができることにより、本実施形態のファイバーブラッググレーティングは、レーザ発振の媒体以外の用途にも使用できる。具体的には、例えば、ファイバーセンサ、ファイバーチャープパルス圧縮に対して応用できる。
また、互いに隣接する屈折率変調領域ＨＲの第１間隔Ｄ１を光ファイバー１５の長さ方向にて段階的に変更することにより、パルスストレッチャー、チャープパルスに応用できるグレーティング領域１５５を形成できる。
【０１０３】
２．実施形態の共通事項
上記第１実施形態は、下記の構成及び機能を共通に有している。
レーザ発振器１（レーザ発振器の一例）は、励起光源１１（励起光源の一例）と、光ファイバー１５（光ファイバーの一例）と、グレーティング領域１５５（グレーティング領域の一例）と、を備える。励起光源１１は、励起光Ｌ２（励起光の一例）を出力する。光ファイバー１５は、励起光Ｌ２により発生したレーザ光Ｌ１（レーザ光の一例）を長さ方向に伝搬させて、出口Ｏ（出口の一例）から出力するコア１５１（コアの一例）を有する。グレーティング領域１５５は、複数の屈折率変調領域ＨＲ（屈折率変調領域の一例）がコア１５１の長さ方向に第１間隔Ｄ１（第１間隔の一例）を空けて形成された領域である。屈折率変調領域ＨＲは、コア１５１とは異なる屈折率を有する。
【０１０４】
レーザ発振器１において、コア１５１の長さ方向とは垂直な方向における屈折率変調領域ＨＲの断面積は、長さ方向とは垂直な方向におけるコア１５１の断面積の１６％以上である。
【０１０５】
レーザ発振器１において、コア１５１内部のグレーティング領域１５５に形成された屈折率変調領域ＨＲの断面積が、コア１５１の断面積の１６％以上となっている。これにより、グレーティング領域１５５の屈折率変調領域ＨＲの形成数が少なくても、励起光Ｌ２により発生したレーザ光Ｌ１に対して高い反射率を有するものとできる。
その結果、レーザ発振器１においては、第１間隔Ｄ１で決まる特定波長のレーザ光Ｌ１に対して強いレーザ発振を実現できる。つまり、レーザ発振器１は、特定の波長に固定してレーザ発振をさせることができ、強度が大きなレーザ光Ｌ１を出力できる。
【０１０６】
３．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
例えば、レーザ発振器１にて出力したいレーザ光Ｌ１の波長に応じて、光ファイバー１５の材料、及び、互いに隣接する屈折率変調領域ＨＲ間の第１間隔Ｄ１を、適宜変更できる。また、光ファイバー１５の材料の光学的特性などに応じて、屈折率変調領域ＨＲの形成条件（例えば、反応光Ｌ３の波長、照射時間、強度など）を適宜変更できる。
【０１０７】
（Ａ）上記の第１実施形態において屈折率変調領域ＨＲを形成する際、反応光Ｌ３の焦点位置の移動は、移動台２０３及び対物レンズ２０５の移動により実現されていた。しかし、これに限られず、反応光Ｌ３を出力する反応光源２０１を光ファイバー１５に対して移動させることによっても、反応光Ｌ３の焦点位置の移動を実現できる。
【０１０８】
（Ｂ）反応光Ｌ３を走査して屈折率変調領域ＨＲを形成する方法は、例えば、反応光Ｌ３により屈折率変調を誘起できるものであれば、フッ化物ファイバー以外にも適用できる。例えば、光ファイバーに限らず様々な光導波路へも応用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、光ファイバーをレーザ媒体とするレーザ発振器に広く適用できる。
【符号の説明】
【０１１０】
１００ レーザ加工装置
Ｗ     ワーク
１     レーザ発振器
１１   光源
１３   光導入部
１３１ 励起光導波ファイバー
１３３ 導入レンズ
１５   光ファイバー
１５１ コア
Ｉ     入口
Ｏ     出口
１５３ クラッド
１５５ グレーティング領域
１５５ａ      第１グレーティング領域
１５５ｂ      第２グレーティング領域
Ｄ１   第１間隔
Ｄ２   第２間隔
ＨＲ   屈折率変調領域
１７   コリメータ
３     ワーク載置台
２００ 形成装置
２０１ 反応光源
２０３ 移動台
２０５ 対物レンズ
２０７ 光路変更部材
２０９ 制御部
３００ 評価装置
３０１ 励起光源
３０３ 励起光導波ファイバー
３０５ 導入部
３０５ａ      ミラー
３０７ 光測定部
Ｌ１   レーザ光
Ｌ１'  反射光
Ｌ２   励起光
Ｌ３   反応光
【図１】
2019176572.tif 000003
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
2019176572.tif 000009
【図６Ｃ】
2019176572.tif 000010
【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
2019176572.tif 000012
【図７Ｂ】
2019176572.tif 000013
【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年7月29日(2020.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出力する励起光源と、
前記励起光により発生したレーザ光を長さ方向に伝搬させて出口から出力するコアを有する光ファイバーと、
前記コアの屈折率とは異なる屈折率を有する複数の屈折率変調領域が、前記コアの長さ方向に第１間隔を空けて形成されたグレーティング領域と、
を備え、
前記屈折率変調領域は、前記コアの屈折率を変化させる反応光を前記コア内部に照射するステップと、前記反応光を前記コア内部に照射した状態で、前記反応光を前記コアの長さ方向とは垂直な方向に移動させて前記屈折率変調領域を形成するステップとを含む方法で形成され、
前記長さ方向とは垂直な方向の前記屈折率変調領域の断面積は、前記長さ方向とは垂直な方向の前記コアの断面積の１６％以上である、
レーザ発振器。
【請求項２】
前記グレーティング領域は、第１グレーティング領域と、前記第１グレーティング領域から前記コアの長さ方向に第２間隔を空けて形成された第２グレーティング領域と、を有する、請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
前記第１グレーティング領域及び前記第２グレーティング領域のいずれか一方の前記長さ方向の形成長さは、他方の形成長さよりも短い、請求項２に記載のレーザ発振器。
【請求項４】
前記光ファイバーは、希土類元素をドープしたフッ化物ファイバーである、請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ発振器。
【請求項５】
前記希土類元素はエルビウムである、請求項４に記載のレーザ発振器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ発振器から出力されるレーザ光をワークに照射して加工を行うレーザ加工装置。
【請求項７】
コアと、
前記コアの屈折率とは異なる屈折率を有する複数の屈折率変調領域が、前記コアの長さ方向に第１間隔を空けて形成されたグレーティング領域と、
を備え、
前記屈折率変調領域は、前記コアの屈折率を変化させる反応光を前記コア内部に照射するステップと、前記反応光を前記コア内部に照射した状態で、前記反応光を前記コアの長さ方向とは垂直な方向に移動させて前記屈折率変調領域を形成するステップとを含む方法で形成され、
前記長さ方向とは垂直な方向の前記屈折率変調領域の断面積は、前記長さ方向とは垂直な方向の前記コアの断面積の１６％以上である、
光ファイバー。
【請求項８】
前記グレーティング領域は、第１グレーティング領域と、前記第１グレーティング領域から前記コアの長さ方向に第２間隔を空けて形成された第２グレーティング領域と、を有する、請求項７に記載の光ファイバー。
【請求項９】
コアの屈折率とは異なる屈折率を有する複数の屈折率変調領域が前記コアの長さ方向に第１間隔を空けて形成されたグレーティング領域を備える光ファイバーの製造方法であって、
前記コアの屈折率を変化させる反応光を前記コア内部に照射するステップと、
前記反応光を前記コア内部に照射した状態で、前記反応光を前記コアの長さ方向とは垂直な方向に移動させて前記屈折率変調領域を形成するステップと、
を含む、光ファイバーの製造方法。
【請求項１０】
コアの屈折率とは異なる屈折率を有する複数の屈折率変調領域が前記コアの長さ方向に第１間隔を空けて形成されたグレーティング領域を備える光ファイバーの製造装置であって、
前記コアの屈折率を変化させる反応光を前記コア内部に照射する反応光源と、
前記反応光を前記コア内部に照射した状態で、前記反応光を前記コアの長さ方向とは垂直な方向に移動させる移動台と、
を備える、
製造装置。
【請求項１１】
前記反応光の焦点を前記コア内部に結ぶレンズをさらに備える、請求項１０に記載の製造装置。
【請求項１２】
前記グレーティング領域に向けて入射した励起光が前記グレーティング領域にて反射されることで発生する反射光の強度に基づいて、前記グレーティング領域を形成中の前記光ファイバーを評価する評価装置をさらに備える、請求項１０又は１１に記載の製造装置。
【国際調査報告】
2019176572.tif 000018
2019176572.tif 000019