JP2017194514A - 光部品、ファイバレーザユニット、およびファイバレーザシステム - Google Patents

光部品、ファイバレーザユニット、およびファイバレーザシステム Download PDF

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Abstract

【課題】簡易な構造を有し、光ファイバを覆う被覆の劣化を抑制しつつクラッドを伝搬する不要光の十分な除去が可能な光部品、並びに、これを用いたファイバレーザユニットおよびファイバレーザシステムを提供する。【解決手段】第一ファイバと、第二ファイバと、第三ファイバと、第二ファイバのクラッド２２を覆い、第二ファイバのクラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第一被覆層２３と、第二ファイバのクラッドの外周面の一部及び端面の少なくとも一部を覆い、第二ファイバのクラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第一高屈折率層２と、を備えた光部品１が提供される。第一ファイバのクラッド１２の外径は、第二ファイバのクラッドの外径よりも小さく、第三ファイバのクラッド３２の外径は、第二ファイバのクラッドの外径よりも小さい。【選択図】図１

Description

本発明は、光部品、ファイバレーザユニット、およびファイバレーザシステムに関する。
ファイバレーザにおいて、クラッド内を伝搬する光（不要光）が当該クラッドを覆う被覆の発熱を生じさせることがある。このようなクラッド内を伝搬する光の除去のために、たとえば、以下のような構造が提案されている。
特許文献１は、第１の光ファイバと、第１の光ファイバの直径よりも大きい直径を有し第１の光ファイバに融着された第２の光ファイバとを含む光デバイスを開示している。融着点近傍において、第１の光ファイバは、第１の光ファイバの最外殻構造及び第２の光ファイバの最外殻構造よりも屈折率が低い第１の媒質で取り囲まれ、第２の光ファイバの少なくとも一部は、第１の光ファイバの最外殻構造及び第２の光ファイバの最外殻構造よりも屈折率が高い第２の媒質で取り囲まれている。
この光デバイスによれば、第２の光ファイバに向かって第１の光ファイバの最外殻構造内を伝搬する光が第１の媒質に漏出することを抑制し、より直径の大きい第２の光ファイバを取り囲む第２の媒質へ漏出させることができる。
特許文献２は、径の小さい二つの端部領域と、これら二つの端部領域に挟まれ、液体金属からなるアブゾーバに覆われた径の大きい中央領域とを有するクラッドモードアブゾーバユニットを開示している。アブゾーバは中央領域のクラッドに直接接するように配置されているため、中央領域においてクラッド内を伝搬する光をアブゾーバで吸収することができる。
特許第５８２００３４号公報 特表２０１５−５０５１６２号公報
特許文献１の光デバイスおいて、第１の光ファイバから第２の光ファイバのクラッドに入射した光が、第２の媒質において十分に除去できない場合がある。
また、第２の光ファイバから第１の光ファイバのクラッドに入射した光（戻り光）のエネルギー密度が、径の小さい第１の光ファイバにおいて急激に高くなって、第１の光ファイバやこれに接続される光部品（ＦＢＧ等）に損傷を与える場合がある。
特許文献２のクラッドモードアブゾーバユニットにおいて、クラッドに異種材料である液体金属を固定する工程が煩雑であるため、製造コストが上昇する場合がある。アブゾーバが配置される全範囲においてクラッドと液体金属とを隙間なく密着させることが困難であるため、製造の安定性が得られない場合がある。
また、液体金属に吸収されない光は全て反射されてクラッド内に戻るため、限られた距離においてクラッド内の光を十分に除去できない場合がある。特に、液体金属とクラッドとの間に隙間がある場合、クラッド内の光の除去がさらに不十分になる可能性がある。
本発明は、簡易な構造を有し、光ファイバを覆う被覆の劣化を抑制しつつクラッドを伝搬する不要光の十分な除去が可能な光部品、並びに、これを用いたファイバレーザユニットおよびファイバレーザシステムの提供を一つの目的とする。
（１）本発明の一態様に係る光部品は、第一端及び第二端を有し、前記第一端において光共振器に光学的に結合可能なコア及びクラッドを含む第一ファイバと、前記第二端に接続された第三端、及び第四端を有し、前記第三端において前記第一ファイバのコア及びクラッドに直接接続されたコア及びクラッドを含む第二ファイバと、前記第四端に接続された第五端、および第六端を有し、前記第五端において前記第二ファイバのコア及びクラッドに直接接続されたコア及びクラッドを含む第三ファイバと、前記第二ファイバのクラッドを覆い、前記第二ファイバのクラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第一被覆層と、前記第四端において、前記第二ファイバのクラッドの外周面の一部及び端面の少なくとも一部を覆い、前記第二ファイバのクラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第一高屈折率層と、を備え、前記第一ファイバのクラッドの外径は、前記第二ファイバのクラッドの外径よりも小さく、前記第三ファイバのクラッドの外径は、前記第二ファイバのクラッドの外径よりも小さい。
（２）上記（１）の光部品は、前記第三端において、前記第二ファイバのクラッドの外周面の一部及び端面の少なくとも一部を覆っている第二高屈折率層をさらに備えていてもよい。
（３）上記（１）又は（２）の光部品において、前記第一ファイバのクラッドの外径は、前記第三ファイバのクラッドの外径よりも小さくてもよい。
（４）上記（１）〜（３）の光部品において、前記第一ファイバは、少なくともＬＰ０１，ＬＰ１１，ＬＰ０２，及びＬＰ２１モードの光を伝搬可能であり、前記第二ファイバは、少なくともＬＰ１１モードよりも高次のモードの光が前記第二ファイバにおいてコアからクラッドに漏洩するように曲げられていてもよい。
（５）上記（１）〜（４）の光部品において、前記第三ファイバは、少なくともＬＰ０１，ＬＰ１１，ＬＰ０２，及びＬＰ２１モードの光を伝搬可能であり、前記第二ファイバは、少なくともＬＰ１１よりも高次モードの光が前記第二ファイバにおいてコアからクラッドに漏洩するように曲げられていてもよい。
（６）上記（４）又は（５）の光部品において、前記第二ファイバは、前記第三端から延びる第一部と、前記第一部に連続して且つＬＰ１１よりも高次モードの光が前記第二ファイバのコアから漏洩するように曲げられたモードフィルタ部と、前記モードフィルタ部に連続して前記第四端まで延びる第二部と、を有し、前記モードフィルタ部の曲率半径は、前記第一部及び前記第二部の最大曲率半径以下であり、前記第一部は、前記第三端から直線状に延びる直線部を含み、前記第二部は、前記第四端から直線状に延びる直線部を含んでいてもよい。
（７）上記（１）〜（６）の光部品は、前記第三ファイバのクラッドを覆い、前記第三ファイバのクラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第二被覆層をさらに備え、前記第三ファイバのクラッドはトレンチを有していてもよい。
（８）上記（１）〜（７）の光部品において、前記第一高屈折率層は、前記第五端において、前記第三ファイバのクラッドの外周面の一部を覆っていてもよい。
（９）本発明の一態様に係るファイバレーザユニットは、複数の励起光源と、前記複数の励起光源から出射される光を合波して合波光を生成するコンバイナと、前記合波光を増幅する光共振器と、前記光共振器から発振される光が入射される上記（１）〜（８）のいずれか一つの光部品と、を備える。
（１０）本発明の一態様に係るファイバレーザシステムは、複数のファイバレーザユニットと、前記複数のファイバレーザユニットから出力された光を合波して合波光を出射する出力コンバイナと、前記合波光が入射される上記（１）〜（８）のいずれか一つの光部品と、を備える。
上記本発明のいくつかの態様によれば、簡易な構造を有し、光ファイバを覆う被覆の劣化を抑制しつつクラッドを伝搬する不要光の十分な除去が可能な光部品、並びに、これを用いたファイバレーザユニットおよびファイバレーザシステムを提供できる。
一実施形態に係る光部品の断面を示す断面図である。 一実施形態に係る光部品における接続構造の一例を示す二面図である。 一実施形態に係る光部品における接続構造の一例を示す二面図である。 第二ファイバの配置例を示す説明図である。 一実施形態に係るファイバレーザユニットの構成を示す概略図である。 一実施形態に係るファイバレーザシステムの構成を示す概略図である。
以下、本発明の実施形態に係る光部品、ファイバレーザユニット、およびファイバレーザシステムを、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、一実施形態に係る光部品１の断面を示す断面図である。光部品１は、第一ファイバ１０と、第二ファイバ２０と、第三ファイバ３０と、を備えている。
第一ファイバ１０は、第一端１０ａ及び第二端１０ｂを有し、第一端１０ａにおいて後述する光共振器４０に光学的に結合可能なコア１１及びクラッド１２を含んでいる。
第二ファイバ２０は、第二端１０ｂに接続された第三端２０ａ、及び第四端２０ｂを有し、第三端２０ａにおいて第一ファイバ１０のコア１１及びクラッド１２に直接接続されたコア２１及びクラッド２２を含んでいる。
第三ファイバ３０は、第四端２０ｂに接続された第五端３０ａ、および第六端３０ｂを有し、第五端３０ａにおいて第二ファイバ２０のコア２１及びクラッド２２に直接接続されたコア３１及びクラッド３２を含んでいる。
第一ファイバ１０、第二ファイバ２０、および第三ファイバ３０は、シングルクラッド光ファイバ、ダブルクラッド光ファイバ、トリプルクラッド光ファイバなどの、１つ以上のクラッド（エアクラッドを含む）を有する光ファイバであればよい。
図１の例において、第一ファイバ１０は第一クラッド１２ａ、第二クラッド１２ｂ、および第三クラッド１３を含むトリプルクラッド光ファイバである。第二ファイバ２０はクラッド２２を含むシングルクラッド光ファイバであり、第三ファイバ３０はクラッド３２を含むシングルクラッド光ファイバである。
なお、以下の説明において、第一ファイバ１０と第二ファイバ２０との接続点およびその近傍において、コアを覆っているクラッドの全てを単にクラッドと総称することがある。同様に、第二ファイバ２０と第三ファイバ３０との接続点およびその近傍において、コアを覆っているクラッドの全てを単にクラッドと総称することがある。
第一ファイバ１０のクラッド１２（すなわち、第一クラッド１２ａ及び第二クラッド１２ｂ）は、コア１１に直接接するようにコア１１を覆っている。同様に、第二ファイバ２０のクラッド２２は、コア２１に直接接するようにコア２１を覆っており、第三ファイバ３０のクラッド３２は、コア３１に直接接するようにコア３１を覆っている。
コア１１、コア２１、及びコア３１の径は互いに等しい。
光部品１は、第一被覆層２３と、第一高屈折率層２と、をさらに備えている。
第一被覆層２３は、第二ファイバ２０のクラッド２２を覆い、第二ファイバ２０のクラッド２２の屈折率よりも高い屈折率を有している。
第一被覆層２３は、第二ファイバ２０を保護し、また、クラッド２２を伝搬する不要な光を吸収できる。図１の例において、第一被覆層２３は、第三端２０ａ及び第四端２０ｂにおいてクラッド２２の外周面２２ｓが露出するように、且つ、外周面２２ｓに直接接するように、外周面２２ｓを覆っている。
第一高屈折率層２は、第四端２０ｂにおいて、第二ファイバ２０のクラッド２２の外周面２２ｓの一部及び端面２２ｂの少なくとも一部を覆い、第二ファイバ２０のクラッド２２の屈折率よりも高い屈折率を有している。
図１の例において、第一高屈折率層２は、第三ファイバ３０と接する領域を除く端面２２ｂの全面、及び、外周面２２ｓの一部に直接接するように、これらを連続的に覆っている。より具体的に、第一高屈折率層２は、端面２２ｂから一定の範囲にある外周面２２ｓを覆っている。
したがって、第三ファイバ３０に向かって第二ファイバ２０のクラッド２２内を伝搬し、第三ファイバ３０と接する領域を除く端面２２ｂに到達した不要光は、第一高屈折率層２により第二ファイバ２０の外に取出されて除去される。
図１に例示するように、第一ファイバ１０のクラッド１２の外径ａ１は、第二ファイバ２０のクラッド２２の外径ａ２よりも小さく、第三ファイバ３０のクラッド３２の外径ａ３は、第二ファイバ２０のクラッド２２の外径ａ２よりも小さい。
このようにクラッドの外径の異なる第一ファイバ１０と第二ファイバ２０とは、第三端２０ａ（第二端１０ｂ）において、融着接続等の公知の方法により互いに接続されている。同様に、クラッドの外径の異なる第二ファイバ２０と第三ファイバ３０とは、第四端２０ｂ（第五端３０ａ）において、融着接続等の公知の方法により互いに接続されている。
第一ファイバ１０から第二ファイバ２０に入射する光には、たとえば、後述する光共振器４０の光増幅ファイバ４４のコアで吸収されなかった励起光などの不要光が含まれる。第一ファイバ１０のクラッド１２の外径ａ１は、第二ファイバ２０のクラッド２２の外径ａ２よりも小さいため、第二ファイバ２０の第三端２０ａにおいて前記不要光は第二ファイバ２０のクラッド２２へ結合する。
第二ファイバ２０へ結合した不要光は、クラッド２２全体へ拡がりながら伝搬する。クラッド２２を覆う第一被覆層２３に到達した光は、第一被覆層２３に吸収され、熱に変換されて除去される。ａ１＜ａ２であるため、第二ファイバ２０のクラッド２２と第一被覆層２３との界面に到達する不要光の光密度は、第一ファイバ１０を伝搬している不要光の光密度よりも小さくなる。したがって、光部品１において不要光を吸収する被覆層の劣化を抑制することができる。
第三ファイバ３０から第二ファイバ２０に入射する光には、たとえば、ワークで反射した反射光や、該反射光により生じるラマン光などの不要光が含まれる。第三ファイバ３０のクラッド３２の外径ａ３は、第二ファイバ２０のクラッド２２の外径ａ２よりも小さいため、第二ファイバ２０の第四端２０ｂにおいて前記不要光は第二ファイバ２０のクラッド２２へ結合する。
第二ファイバ２０へ結合した不要光は、クラッド２２全体へ拡がりながら伝搬する。クラッド２２を覆う第一被覆層２３に到達した光は、第一被覆層２３に吸収され、熱に変換されて除去される。ａ３＜ａ２であるため、第二ファイバ２０のクラッド２２と第一被覆層２３との界面に到達する不要光の光密度は、第三ファイバ３０を伝搬している不要光の光密度よりも小さくなる。したがって、光部品１において不要光を吸収する被覆層の劣化を抑制することができる。
図２は、第一ファイバ１０と第二ファイバ２０との接続構造の一例を示す二面図である。
本図の例において、第一ファイバ１０と第二ファイバ２０とは、第一ファイバ１０の中心軸と第二ファイバ２０の中心軸とが一致するように接続点Ｆ１にて互いに接続されている。第一ファイバ１０及び第二ファイバ２０は、それぞれ固定部材５により、Ｕ字形の断面を有する放熱体６の凹部内に固定されている。
接続点Ｆ１及びその近傍において、第一ファイバ１０の第三クラッド１３及び被覆（たとえば、後述する第三被覆層１４）は除去されており、第二ファイバ２０を覆う第一被覆層２３も除去されている。
固定部材５には、たとえば接着剤等の放熱体６と光ファイバとの隙間を埋めることができる材料を用いることができる。放熱体６には、たとえば金属等の熱伝導性の高い材料が用いられる。
図２に例示されているように、放熱体６の凹部内は樹脂（後述する第二高屈折率層３）で充填されていてもよい。この場合、第一ファイバ１０の被覆１４及びクラッド１２（１２ｂ）、並びに第二ファイバ２０のクラッド２２及び第一被覆層２３は、放熱体６の凹部内において樹脂に覆われる。
図３は、第二ファイバ２０と第三ファイバ３０との接続構造の一例を示す二面図である。
本図の例において、第二ファイバ２０と第三ファイバ３０とは、第二ファイバ２０の中心軸と第三ファイバ３０の中心軸とが一致するように接続点Ｆ２にて互いに接続されている。第二ファイバ２０及び第三ファイバ３０は、それぞれ固定部材５により、Ｕ字形の断面を有する放熱体６の凹部内に固定されている。
接続点Ｆ２及びその近傍において、第二ファイバ２０を覆う第一被覆層２３は除去されており、第三ファイバ３０の被覆（たとえば、後述する第二被覆層３３）も除去されている。
図３に例示されているように、放熱体６の凹部内は樹脂（第一高屈折率層２）で充填されていてもよい。この場合、第二ファイバ２０を覆う第一被覆層２３及びクラッド２２、並びに第三ファイバ３０のクラッド３２及び被覆３３は、放熱体６の凹部内において樹脂に覆われる。
以上説明した光部品１によれば、第二ファイバ２０の第四端２０ｂ（すなわち、出射端）において、第二ファイバ２０のクラッド２２の外周面２２ｓの一部及び端面２２ｂの少なくとも一部を覆い、第二ファイバ２０のクラッド２２の屈折率よりも高い屈折率を有する第一高屈折率層２を備えているため、第一ファイバ１０から第二ファイバ２０のクラッド２２に入射し、第一被覆層２３で除去されなかった不要光（光共振器４０の光増幅ファイバ４４のコアで吸収されなかった励起光など）を、第一高屈折率層２に漏洩させて除去できる。
また、第一ファイバ１０のクラッド１２の外径ａ１は、第二ファイバ２０のクラッド２２の外径ａ２よりも小さいため、第一ファイバ１０から第二ファイバ２０のクラッド２２に入射した不要光（たとえば、後述する光共振器４０の光増幅ファイバ４４のコアで吸収されなかった励起光）について、第二ファイバ２０のクラッド２２内においてその光エネルギー密度をより小さくしながら第二ファイバ２０を覆う第一被覆層２３に不要光を漏洩させて除去できる。したがって、第一被覆層２３の不要光吸収による劣化を低減できる。
また、第三ファイバ３０のクラッド３２の外径ａ３は、第二ファイバ２０のクラッド２２の外径ａ２よりも小さいため、第三ファイバ３０から第二ファイバ２０のクラッド２２に入射した不要光（たとえば、ワークで反射した反射光や、該反射光により生じるラマン光）について、第二ファイバ２０のクラッド２２内においてその光エネルギー密度をより小さくしながら第二ファイバ２０を覆う第一被覆層２３に不要光を漏洩させて除去できる。したがって、第一被覆層２３の不要光吸収による劣化を低減できる。
光部品１は、第三端２０ａにおいて、第二ファイバ２０のクラッド２２の外周面２２ｓの一部及び端面２２ａの少なくとも一部を覆っている第二高屈折率層３をさらに備えてもよい。
この場合、第二ファイバ２０の第三端２０ａ（すなわち、入射端）において、第二ファイバ２０のクラッド２２の外周面２２ｓの一部及び端面２２ａの少なくとも一部を覆い、第二ファイバ２０のクラッド２２の屈折率よりも高い屈折率を有する第二高屈折率層３を備えているため、第三ファイバ３０から第二ファイバ２０のクラッド２２に入射し、第一被覆層２３で除去されなかった不要光も、第二高屈折率層３に漏洩させて除去できる。
図１の例において、第二高屈折率層３は、第一ファイバ１０と接する領域を除く端面２２ａの全面、及び、外周面２２ｓの一部に直接接するように、これらを連続的に覆っている。より具体的に、第二高屈折率層３は、端面２２ａから一定の範囲にある外周面２２ｓを覆っている。したがって、第一ファイバ１０に向かって第二ファイバ２０のクラッド２２内を伝搬し、第一ファイバ１０と接する領域を除く端面２２ａに到達した不要光は、第二高屈折率層３により第二ファイバ２０の外に取出されて除去される。
第一ファイバ１０のクラッド１２の外径ａ１は、第三ファイバ３０のクラッド３２の外径ａ３よりも小さくてもよい。第三ファイバ３０のクラッド３２から第二ファイバ２０に入射する不要光のパワーをＰ２、第二ファイバ２０での不要光の損失をＬとすると、第一ファイバ１０に到達する不要光Ｐ３は、Ｐ２×（ａ１）＾２／（ａ３）＾２−Ｌと表わせる。
ａ１＜ａ３を満たす光部品１では、ａ１≧ａ３の光部品に比較して、第三ファイバ３０から第二ファイバ２０を経て第一ファイバ１０に到達する不要光のパワーがより低くなるため、光共振器４０（光増幅ファイバ４４）へ戻る光を小さくでき、光共振器４０の出力の不安定性や、寄生発振を抑制できる。
第二ファイバ２０の第三端はテーパ形状を有していてもよい。すなわち、第二ファイバ２０のクラッド２２の外周面２２ｓは、第三端において、第一ファイバ１０のクラッド１２の外周面１２ｓに実質的に連続するように傾斜する傾斜面を有していてもよい。
この場合、クラッド２２（１２）の径が第一ファイバ１０から第二ファイバ２０にかけて実質的に連続的に変化するため、光部品１において、不要光が除去される位置をより分散させることができる。なお、この構成において、第三端の傾斜面は上述の端面２２ａに相当する。
第二ファイバ２０の第四端はテーパ形状を有していてもよい。すなわち、第二ファイバ２０のクラッド２２の外周面２２ｓは、第四端において、第三ファイバ３０のクラッド３２の外周面３２ｓに実質的に連続するように傾斜する傾斜面を有していてもよい。この場合、クラッド２２（３２）の径が第二ファイバ２０から第三ファイバ３０にかけて実質的に連続的に変化するため、不要光が除去される位置をより分散させることができる。なお、この構成において、第四端の傾斜面は上述の端面２２ｂに相当する。
図１の例に示すように、第一ファイバ１０と第二ファイバ２０との接続点において、クラッドの外径が不連続に変化してもよい。より具体的に、第二ファイバ２０のクラッド２２の外周面２２ｓと、第二ファイバ２０の端面２２ａとが互いに略直交していてもよい。
この場合、特に、第二ファイバ２０から第一ファイバ１０に向かって伝搬する不要光を、端面２２ａから効率的に除去できる。
同様に、第二ファイバ２０と第三ファイバ３０との接続点において、クラッドの外径が不連続に変化してもよい。より具体的に、第二ファイバ２０の端面２２ａと、第三ファイバ３０のクラッド３２の外周面３２ｓと、が互いに略直交していてもよい。
この場合、特に、第二ファイバ２０から第三ファイバ３０に向かって伝搬する不要光を、端面２２ｂから効率的に除去できる。
第一ファイバ１０は、少なくともＬＰ０１，ＬＰ１１，ＬＰ０２，及びＬＰ２１モードの光を伝搬可能であり、第二ファイバ２０は、少なくともＬＰ１１モードよりも高次のモードの光が第二ファイバ２０においてコア２１からクラッド２２に漏洩するように曲げられていてもよい。
この場合、第一ファイバ１０から第二ファイバ２０に入射したＬＰ０２及びＬＰ０２モードよりも高次のモードの光を除去できる。すなわち、第二ファイバ２０をモードフィルタとして機能させることができる。
第二ファイバ２０をモードフィルタとして機能させた場合に、第二ファイバ２０に与えられた曲げにより、ＬＰ０２及びＬＰ０２モードよりも高次のモードの光をコア２１からクラッド２２に漏洩させることができると共に、クラッド２２内を伝搬する不要光のクラッド２２外への漏洩を促進できる。クラッド２２外へ漏洩した光は、第一被覆層２３又は第一高屈折率層２により除去できる。
第三ファイバ３０は、少なくともＬＰ０１，ＬＰ１１，ＬＰ０２，及びＬＰ２１モードの光を伝搬可能であり、第二ファイバ２０は、少なくともＬＰ１１よりも高次モードの光が第二ファイバ２０においてコア２１からクラッド２２に漏洩するように曲げられていてもよい。
この場合、第三ファイバ３０から第二ファイバ２０に入射したＬＰ０２及びＬＰ０２モードよりも高次のモードの光を除去できる。すなわち、第二ファイバ２０をモードフィルタとして機能させることができる。
第二ファイバ２０をモードフィルタとして機能させた場合に、第二ファイバ２０に与えられた曲げにより、ＬＰ０２及びＬＰ０２モードよりも高次のモードの光をコア２１からクラッド２２に漏洩させることができると共に、クラッド２２内を伝搬する不要光のクラッド２２外への漏洩を促進できる。クラッド２２外へ漏洩した光は、第一被覆層２３又は第一高屈折率層２により除去できる。
特に、ワークで反射した反射光や該反射光により生じるラマン光等の不要光が、第三ファイバ３０のコア３１及びクラッド３２を伝搬して第二ファイバ２０のコア２１に入射した場合にも、上述した曲げにより、ＬＰ０２及びＬＰ０２よりも高次のモードの光をコア２１から除去できる。
よって、光共振器４０（光増幅ファイバ４４）へ戻る光を小さくでき、光共振器４０の出力の不安定性や、寄生発振を抑制できる。
図４に例示されているように、第二ファイバ２０は、前記第三端２０ａから延びる第一部２５と、第一部２５に連続して且つＬＰ１１よりも高次モードの光が第二ファイバ２０のコア２１から漏洩するように曲げられたモードフィルタ部２６と、モードフィルタ部２６に連続して第四端２０ｂまで延びる第二部２７と、を有し、モードフィルタ部２６の曲率半径は、第一部２５及び第二部２７の最大曲率半径ｒｍａｘ以下であり、第一部２５は、第三端２０ａから直線状に延びる直線部２５ａを含み、第二部２７は、第四端２０ｂから直線状に延びる直線部２７ａを含んでいてもよい。
この場合、第一ファイバ１０から第二ファイバ２０に入射する光について、一定以上のＮＡを有する光のみが第一部２５において漏洩し、残りの光がモードフィルタ部２６において漏洩する。特に、比較的大きいＮＡを有する光は、第二ファイバ２０の第三端から延びる直線部２５ａにおいて漏洩する。また、モードフィルタ部２６においてコア２１からクラッド２２に漏洩した高次のモードの光は、主にモードフィルタ部２６において除去される。よって、第二ファイバ２０において、不要光が除去される位置をより分散させることができる。すなわち、光部品１において、第二ファイバ２０における局所的な発熱を抑制できる。
第三ファイバ３０から第二ファイバ２０に入射する光についても同様に、一定以上のＮＡを有する光のみが第二部２７において漏洩し、残りの光がモードフィルタ部２６において漏洩する。特に、比較的大きいＮＡを有する光は、第二ファイバ２０の第四端２０ｂから延びる直線部２７ａにおいて漏洩する。また、モードフィルタ部２６においてコア２１からクラッド２２に漏洩した高次のモードの光は、主にモードフィルタ部２６において除去される。よって、第二ファイバ２０において、不要光が除去される位置をより分散させることができる。すなわち、光部品１において、第二ファイバ２０における局所的な発熱を抑制できる。
図１に例示されるように、光部品１は、第三ファイバ３０のクラッド３２を覆い、第三ファイバ３０のクラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第二被覆層３３をさらに備え、第三ファイバ３０のクラッド３２はトレンチ３２ｔを有していてもよい。
図１の例において、クラッド３２は、クラッド主部３２ｍと、第三ファイバ３０の長さ方向に垂直な断面において円環形状を有するトレンチ３２ｔと、を有している。クラッド主部３２ｍは、トレンチ３２ｔにより二つに分離されている。
トレンチ３２ｔの屈折率は、隣接するクラッド主部３２ｍの屈折率よりも低い。したがって、トレンチ３２ｔの外側にあるクラッド主部３２ｍに入射した光は、トレンチ３２ｔと第二被覆層３３との間に閉じ込められ、第二被覆層３３により吸収されていく。
トレンチ３２ｔは、たとえば、クラッド３２にフッ素のような屈折率を低下させる物質を添加することにより得られる。
上述の構成によれば、第二ファイバ２０から第三ファイバ３０のトレンチ３２ｔの外側に入射した不要光は、トレンチ３２ｔの内側への進入を抑制され、第二被覆層３３に漏洩して除去されるため、第二ファイバ３０と第三ファイバ３０との接続箇所から離れた位置においても、不要光を除去できる。よって、第三ファイバ３０において、不要光が除去される位置をより分散させることができる。特に、第二ファイバ２０と第三ファイバ３０との接続箇所において発生する比較的大きいＮＡを有する不要光を除去できる。
図１に例示されるように、光部品１は、第一ファイバ１０の最外クラッド（第三クラッド１３）を覆い、第一ファイバ１０の最外クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第三被覆層１４をさらに備えてもよい。
この場合、第二ファイバ２０から第一ファイバ１０に入射した不要光は、第三被覆層１４に漏洩して除去されるため、第一ファイバと第二ファイバとの接続箇所から離れた位置においても、不要光を除去できる。特に、第一ファイバ１０と第二ファイバ２０との接続箇所において発生する比較的大きいＮＡを有する不要光を確実に除去できる。
図１に例示されるように、第一高屈折率層２は、第五端３０ａにおいて、第三ファイバ３０のクラッド３２の外周面３２ｓの一部を覆っていてもよい。
この場合、第二ファイバ２０から第三ファイバ３０のクラッド３２に向かう不要光を、第一高屈折率層２にて吸収することができる。
また、第一高屈折率層２の屈折率は第二ファイバ２０のクラッド２２及び第三ファイバ３０のクラッド３２の屈折率よりも高いため、第二ファイバ２０に向かって第三ファイバ３０のクラッド３２内を伝搬する不要光の一部を第一高屈折率層２で除去できる（すなわち、不要光のエネルギー密度を小さくできる）とともに、第一高屈折率層２から第二ファイバ２０への不要光の進入を抑制できる。
また、第二ファイバ２０の端面２２ｂで反射した不要光も第三ファイバ３０のクラッド３２を覆う第一高屈折率層２により除去できる。よって、第三ファイバ３０から第二ファイバ２０への不要光の進入を抑制しつつ、第三ファイバ３０における不要光による局所的な発熱を抑えることができる。
光部品１の一例として、コア１１（２１，３１）の外径が２８μｍ、第一クラッド１２ａの外径が８０μｍ、第二クラッド１２ｂの外径が９０μｍ、第三クラッド１３の外径が１６０μｍ、第三被覆層１４の外径が２５０μｍ、クラッド２２の外径が１９５μｍ、第一被覆層２３の外径が３２０μｍ、クラッド３２の外径が１２５μｍ、トレンチ３２ｔの内径が６０μｍ、トレンチ３２ｔの外径が１００μｍ、第二被覆層３３の外径が２５０μｍである光部品が挙げられる。
図５を参照して、一実施形態に係るファイバレーザユニット５０は、複数の励起光源４１と、励起光源４１から出射される光を合波して合波光を生成するコンバイナ４２と、前記合波光を増幅する光共振器４０と、光共振器４０から発振される光が入射される光部品１と、を備える。
本図に例示されているファイバレーザユニット５０は、前方（すなわち図の右方向）に向かう励起光源４１からの光を合波する前方コンバイナ４２と、後方（すなわち図の左方向）に向かう励起光源４１からの光を合波する後方コンバイナ４５と、を備える。前方コンバイナ４２で合波された光及び後方コンバイナ４５で合波された光は光共振器４０に供給される。
光共振器４０は、二つの反射体４３と、二つの反射体４３の間に配された光増幅ファイバ４４とを含んでいる。光増幅ファイバ４４のコアには希土類元素が添加されている。前方コンバイナ４２及び後方コンバイナ４５から供給された光（励起光）は、光増幅ファイバ４４の希土類元素に吸収されて反転分布を形成する。反転分布の形成により誘導放出光が発生し、誘導放出光は二つの反射体４３の間で増幅される。
反射体４３には、たとえば、ＦＢＧ等を用いることができる。光増幅ファイバ４４には、励起光源４１からの光を増幅可能なあらゆる光ファイバを用いることができる。
光部品１は、光共振器４０の後方に配されていればよい。ファイバレーザユニット５０が後方コンバイナ４５を備える場合には、後方コンバイナ４５の後方に配されていればよい。
上記ファイバレーザユニット５０によれば、複数の励起光源４１から光共振器４０を経て光部品１に至るまでに発生した不要光を、光部品１により適切に除去できる。したがって高品質なビームを出射可能なファイバレーザユニットを提供できる。
図６を参照して、一実施形態に係るファイバレーザシステム１００は、複数のファイバレーザユニット５０と、複数のファイバレーザユニット５０から出力された光を合波して合波光を出射する出力コンバイナ５１と、前記合波光が入射される光部品１と、を備える。
このようなファイバレーザシステム１００によれば、複数のファイバレーザユニットから出力コンバイナに至るまでに発生した不要光を光部品により適切に除去できるため、高品質なビームを出射可能なファイバレーザシステムを提供できる。
以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、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、特許請求の範囲によって制限されている。
１…光部品、２…第一高屈折率層、３…第二高屈折率層、１０…第一ファイバ、１０ａ…第一端、１０ｂ…第二端、１１，２１，３１…コア、１２，２２，３２…クラッド、２０…第二ファイバ、２０ａ…第三端、２０ｂ…第四端、２２ｓ，３２ｓ…外周面、２２ｂ…端面、２３…第一被覆層、２５…第一部、２５ａ，２７ａ…直線部、２６…モードフィルタ部、２７…第二部、３０…第三ファイバ、３０ａ…第五端、３０ｂ…第六端、３２ｔ…トレンチ、３３…第二被覆層、４０…光共振器、４１…励起光源、４２…コンバイナ、５０…ファイバレーザユニット、５１…出力コンバイナ、１００…ファイバレーザシステム

Claims (10)

  1. 第一端及び第二端を有し、前記第一端において光共振器に光学的に結合可能なコア及びクラッドを含む第一ファイバと、
    前記第二端に接続された第三端、及び第四端を有し、前記第三端において前記第一ファイバのコア及びクラッドに直接接続されたコア及びクラッドを含む第二ファイバと、
    前記第四端に接続された第五端、および第六端を有し、前記第五端において前記第二ファイバのコア及びクラッドに直接接続されたコア及びクラッドを含む第三ファイバと、
    前記第二ファイバのクラッドを覆い、前記第二ファイバのクラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第一被覆層と、
    前記第四端において、前記第二ファイバのクラッドの外周面の一部及び端面の少なくとも一部を覆い、前記第二ファイバのクラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第一高屈折率層と、を備え、
    前記第一ファイバのクラッドの外径は、前記第二ファイバのクラッドの外径よりも小さく、
    前記第三ファイバのクラッドの外径は、前記第二ファイバのクラッドの外径よりも小さい、光部品。
  2. 前記第三端において、前記第二ファイバのクラッドの外周面の一部及び端面の少なくとも一部を覆っている第二高屈折率層をさらに備える、請求項１に記載の光部品。
  3. 前記第一ファイバのクラッドの外径は、前記第三ファイバのクラッドの外径よりも小さい、請求項１又は２に記載の光部品。
  4. 前記第一ファイバは、少なくともＬＰ０１，ＬＰ１１，ＬＰ０２，及びＬＰ２１モードの光を伝搬可能であり、
    前記第二ファイバは、少なくともＬＰ１１モードよりも高次のモードの光が前記第二ファイバにおいてコアからクラッドに漏洩するように曲げられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光部品。
  5. 前記第三ファイバは、少なくともＬＰ０１，ＬＰ１１，ＬＰ０２，及びＬＰ２１モードの光を伝搬可能であり、
    前記第二ファイバは、少なくともＬＰ１１よりも高次モードの光が前記第二ファイバにおいてコアからクラッドに漏洩するように曲げられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光部品。
  6. 前記第二ファイバは、前記第三端から延びる第一部と、前記第一部に連続して且つＬＰ１１よりも高次モードの光が前記第二ファイバのコアから漏洩するように曲げられたモードフィルタ部と、前記モードフィルタ部に連続して前記第四端まで延びる第二部と、を有し、
    前記モードフィルタ部の曲率半径は、前記第一部及び前記第二部の最大曲率半径以下であり、
    前記第一部は、前記第三端から直線状に延びる直線部を含み、
    前記第二部は、前記第四端から直線状に延びる直線部を含む、請求項４又は５に記載の光部品。
  7. 前記第三ファイバのクラッドを覆い、前記第三ファイバのクラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する第二被覆層をさらに備え、
    前記第三ファイバのクラッドはトレンチを有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光部品。
  8. 前記第一高屈折率層は、前記第五端において、前記第三ファイバのクラッドの外周面の一部を覆っている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光部品。
  9. 複数の励起光源と、
    前記複数の励起光源から出射される光を合波して合波光を生成するコンバイナと、
    前記合波光を増幅する光共振器と、
    前記光共振器から発振される光が入射される請求項１〜８のいずれか一項に記載の光部品と、
    を備えるファイバレーザユニット。
  10. 複数のファイバレーザユニットと、
    前記複数のファイバレーザユニットから出力された光を合波して合波光を出射する出力コンバイナと、
    前記合波光が入射される請求項１〜８のいずれか一項に記載の光部品と、
    を備えるファイバレーザシステム。
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