JPH1126843A - ファイバレーザ - Google Patents

ファイバレーザ

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JPH1126843A
JPH1126843A JP9182878A JP18287897A JPH1126843A JP H1126843 A JPH1126843 A JP H1126843A JP 9182878 A JP9182878 A JP 9182878A JP 18287897 A JP18287897 A JP 18287897A JP H1126843 A JPH1126843 A JP H1126843A
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孝司 妻沼
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高出力のレーザ光を発振できるファイバレー
ザを提供する。 【解決手段】 メインレーザファイバ32と、このメイ
ンレーザファイバ32の長さ方向にカプラ36を介して
結合された1本以上のポンプピングファイバ35と、こ
れらのポンプピングファイバ35に増幅用ポンプ光を入
射する増幅用ポンプ光源37と、前記メインレーザファ
イバ32の入射端からメインポンプ光を入射するメイン
ポンプ光源31を有し、前記メインレーザファイバ32
は希土類元素が添加されたコアと、このコアを包囲する
太径クラッドと、この太径クラッド上に設けられたコー
ティング層とからなり、前記ポンプピングファイバ35
はコアと、この上に設けられたコーティング層とからな
るファイバレーザを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はファイバレーザに
関し、特に高出力のレーザ光が得られるファイバレーザ
に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は従来のファイバレーザの構造を示
したもので、このファイバレーザはポンプ光源11とレ
ーザファイバ12とから構成されている。レーザファイ
バ12として用いられるレーザ用光ファイバとしては、
石英ガラスにエルビウム(Er)、ネオジム(Nd)な
どの希土類元素を添加(ドープ)した希土類元素添加石
英ガラスからなるコアを有するシングルモードの光ファ
イバが知られている。前記ポンプ光源11からこのレー
ザファイバ12にポンプ光を入射すると、このポンプ光
はレーザファイバ12においてある程度の長さを伝送さ
れるうちに、このレーザファイバ12のコアに添加され
た希土類元素イオンが励起され、レーザ発振がおこり、
出射端14からレーザ光が出射する。例えば波長0.8
5μmのレーザ光をポンプ光としてポンプ光源11から
入射すると波長1.06μmのレーザ光が出射端14か
ら出射する。
【0003】しかしながら、希土類元素添加石英ガラス
からなるコアを有するシングルモードの光ファイバは、
コアの径が小さいため、ポンプ光のコアへの結合効率が
低く、コア内のパワー密度を十分に高めることができ
ず、レーザ発振出力を十分高くすることができない不都
合があった。
【0004】この不都合を解決し、高出力のレザー光を
出力できるものとして、図5に示すようなダブルクラッ
ド型のレーザ用光ファイバが提案されている。このもの
は、希土類元素をドープした石英ガラスからなる外径C
が3〜12μmのコア1と、このコア21を包囲する純
粋石英ガラスからなる外径Aが400μm程度の太径の
第1クラッド(太径クラッド)22と、この第1クラッ
ド22の外周に設けられた屈折率が純粋石英よりも低い
樹脂、例えばフッ素含有アクリレート樹脂からなる外径
Bが500μm程度の第2クラッド(コーティング層)
23とを有するものである。
【0005】このレーザ用光ファイバでは、コア径が比
較的大きく、ポンプ光の結合効率が高くなること、太径
の第1クラッド22に入射したポンプ光のかなりの部分
が第1クラッド22とコア21内を伝搬するうちに、コ
ア21内で増幅されることなどにより、高出力のレーザ
光が得られるとされている。さらにこのダブルクラッド
型レーザ用光ファイバにおいてコアを偏心させたり、外
形を長方形とすることによって効率を高めたものなどが
提案されている。しかし、このようなダブルクラッド型
レーザ用光ファイバを用いても、出力は十分とは言いが
たく、用途によっては使用に適しないこともあった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】よって、本発明におけ
る課題は、さらに高出力のレーザ光を発振できるファイ
バレーザを得ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる課題は、メインレ
ーザファイバと、このメインレーザファイバの長さ方向
にカプラを介して結合された1本以上のポンプピングフ
ァイバと、これらのポンプピングファイバに増幅用ポン
プ光を入射する増幅用ポンプ光源と、前記メインレーザ
ファイバの入射端からメインポンプ光を入射するメイン
ポンプ光源を有するファイバレーザであって、前記メイ
ンレーザファイバは希土類元素が添加されたコアと、こ
のコアを包囲する太径クラッドと、この太径クラッド上
に設けられたコーティング層とからなり、前記ポンプピ
ングファイバはコアと、この上に設けられたコーティン
グ層とからなることを特徴とするファイバレーザによっ
て解決することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は、本発明のファイバレーザ
の構造の一例を示すものである。図中符号31はメイン
ポンプ光源であり、このメインポンプ光源31にはメイ
ンレーザファイバ32が接続されている。また、このメ
インレーザファイバ32においては、複数のカプラ36
を介して増幅用ポンプピングファイバ35が接続され、
この増幅用ポンプピングファイバ35の入射側末端には
増幅用ポンプ光源37が設けられている。これら複数の
カプラ36の相互間において、メインレーザファイバ3
2は増幅部を形成している。
【0009】このような構成のファイバレーザにおいて
は、メインレーザーファイバ32の入射端にメインポン
プ光源31から発生したメインポンプ光が入射し、この
メインレーザファイバ32を伝搬する一方、増幅用ポン
プ光源37からポンプピングファイバ35に入射した増
幅用ポンプ光が、カプラ36において前記メインポンプ
光に結合するようになっている。つまり、前記メインポ
ンプ光がメインレーザファイバ32を伝搬するにおい
て、随時前記増幅用ポンプ光によって増幅されるように
なっている。この結果、出力端34から高出力のレーザ
光を出射することができる。
【0010】前記メインレーザファイバ32は図5に示
すダブルクラッド型レーザ用光ファイバであって、コア
21の周囲に太径の第1クラッド(太径クラッド)22
と第2クラッド(コーティング層)23が順次設けられ
たものである。コア21は石英ガラス、フッ化ジルコニ
ウム、フッ化カルシウムなどのフッ化物ガラスなどのガ
ラスにNd(ネオジム)、Er(エルビウム)などの希
土類元素をドープしたものからなり、第1クラッド22
は、これらがドープされていない前記ガラスからなるの
ものである。この例においてはコア21にはErが添加
されている。また第2クラッド23は屈折率がこれらの
ガラスよりも低い樹脂、例えばフッ素含有アクリレート
樹脂からなるものである。以下石英ガラスを用いた例に
ついて説明する。
【0011】前記コア21の外径Cは5〜100μm、
第1クラッド22の外径Aは200〜500μm、第2
クラッド23の外径Bは300〜600μm程度とされ
る。前記第1クラッド22の外径Aはコア21の外径C
に対して4〜40倍程度に十分大きく設定されているの
で、前記第1クラッド22を太径クラッドとよぶ。この
ように第1クラッド22の外径Aが十分に大きく設計さ
れており、この第1クラッド22に入射したメインポン
プ光の多くがコア21内を伝搬するうちに、高出力のレ
ーザ光を得ることができるものである。この例において
コア21の外径Cは12μm、第1クラッド22の外径
Aは400μm、第2クラッド23の外径Bは500μ
mとなっている。また、第1クラッド22の外形は、図
5に示すように円形とすることもできるし、楕円形、あ
るいは長方形にすることもできる。楕円形あるいは長方
形としたほうが円形の場合よりもコア21を通過する光
密度が著しく増加するため、効率がよい。楕円形の場
合、例えば長軸直径400μm、短軸直径200μmと
される。長方形の場合、例えば400×200μmとさ
れる。
【0012】このメインレーザファイバ32に用いられ
るダブルクラッド型のレーザ用光ファイバは、例えば以
下のようにして製造することができる。最初にVAD法
などによってコア21となる多孔質プリフォームを作成
し、この多孔質プリフォームを希土類元素化合物、例え
ば塩化エルビウムなどの水溶液に浸漬してプリフォーム
中に希土類元素化合物を含浸し、ついで、これを加熱し
透明ガラス化してコア用ガラスロッドとする。ついで、
このコア用ガラスロッド上にVAD法などによって第1
クラッド22となる多孔質ガラス粒子を堆積し、これを
加熱透明化してガラス母材とする。
【0013】ついで、このガラス母材を溶融紡糸し、コ
ア21と第1クラッド22とからなるエレメントファイ
バとする。つぎにこのエレメントファイバを第2クラッ
ド23となる合成樹脂にて被覆する。
【0014】前記ポンプピングファイバ35は図2に示
すように、純粋石英ガラスからなる外径A′が400μ
m程度のコア41と、このコア41の外周に設けられた
屈折率が純粋石英よりも低い樹脂、例えばフッ素含有ア
クリレート樹脂からなる外径B′が500μm程度のク
ラッド(コーティング層)42からなるものである。
【0015】ポンプピングファイバ35を構成する図2
に示す構造のファイバは、純粋石英ガラスからなるガラ
ス母材を形成し、これを溶融紡糸した後、クラッド42
となる合成樹脂で被覆することによって得られる。
【0016】図3はカプラ36の断面図である。このカ
プラ36は、メインレーザファイバ32の第2クラッド
23が20mm程度剥離されて露出された第1クラッド
22と、ポンプピングファイバ35のクラッド42が2
0mm程度剥離されて露出されたコア41とが並列さ
れ、接触した状態で、これらの上に前記第2クラッド2
3とクラッド42の材料と同様のもので再度被覆して形
成された一括被覆層38が設けられてなるものである。
【0017】このカプラ36においては、メインレーザ
ファイバ32の第1クラッド22とポンプピングファイ
バ35のコア41とが接触している。これら第1クラッ
ド22とコア41は、ともに純粋石英ガラスからなり、
等しい屈折率を有するものである。このためポンプピン
グファイバ35のコア41を伝搬する増幅用ポンプ光が
コア41から第1クラッド22にしみだし、さらにこの
第1クラッド22からコア21にしみ込むようになって
いる。
【0018】このようにポンプピングファイバ35は、
コア41を伝搬する増幅用ポンプ光が、このコア41に
接触している第1クラッド22にしみ出しやすい構造と
なっている。また、上述のようにメインレーザファイバ
32の構造は、第1クラッド22に入射したポンプ光の
かなりの部分が第1クラッド22からコア21内にしみ
込みやすい構造となっている。すなわちこれらの組み合
わせによって、増幅用ポンプ光がコア41と第2クラッ
ド23を経てコア21にしみ込みやすくなており、この
結果メインポンプ光に、前記増幅用ポンプ光の数十から
100%を結合させ、効率よく増幅することができる。
【0019】前記カプラ36は、ひとつのカプラ36か
ら入射した増幅用ポンプ光の増幅効果が使いつくされた
頃に、つぎのカプラ36から増幅用ポンプ光が入射する
ように設置間隔が調整されている。通常カプラ36、ポ
ンプピングファイバ35、増幅用ポンプ光源37は、ひ
とつのファイバレーザに対して2〜50組程度設けられ
る。また前記カプラ36の設置間隔は、ファイバ長さと
して数mから数十mとされる。この例においては、カプ
ラ36、ポンプピングファイバ35、増幅用ポンプ光源
37を10組用い、図1に示すメインポンプ光源31か
らはじめのカプラ36までのファイバ長さaは50m、
カプラ36相互間の間隔のファイバ長さbは50m、出
力端34側のカプラ36から出力端34までのファイバ
長さcは50mとなっている。
【0020】前記メインポンプ光源31、増幅用ポンプ
光源37としては波長0.5〜1.49μmのレーザ光
をポンプ光として発生する半導体レーザなどが好適に用
いられる。
【0021】(試験例)上述の例と同様のファイバレー
ザを構成し、メインポンプ光源31から波長0.85μ
m、出力10wのレーザ光をメインポンプ光としてレー
ザファイバ32に入射し、増幅用ポンプ光源37からポ
ンプピングファイバ35とカプラ36を経て波長0.8
5μm、出力5wのレーザ光を増幅用ポンプ光としてレ
ーザファイバ32に入射したところ、出射端34から波
長1.06μmのレーザ光が出力30wで得られ、高出
力のファイバレーザであることが確認できた。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明のファイバレ
ーザにおいては、ポンプ光を高い結合効率で入射でき、
そのパワー密度を十分に高めることができるレーザ用フ
ァイバをメインレーザファイバとして用い、ポンプピン
グファイバとしてコアとこれに被覆層が設けられた構造
のものを用い、これらの合成樹脂からなるコーティング
層を除去し、等しい屈折率を有する石英系材料からなる
部分を接触させることによってカプラを構成したので、
増幅用ポンプ光源からポンプピングファイバに入射され
る増幅用ポンプ光を効率よくメインレーザファイバを伝
搬するメインポンプ光に結合させることができる。この
ように増幅用ポンプ光によって随時メインポンプ光を効
率よく増幅することによって、高出力、高集光性のファ
イバレーザを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のファイバレーザの一例を示す概略構
成図である。
【図2】 本発明のファイバレーザに用いるポンプピン
グファイバの一例を示す断面図である。
【図3】 本発明のファイバレーザのカプラの構造の一
例を示す断面図である。
【図4】 従来のファイバレーザの一例を示す概略構成
図である。
【図5】 本発明のメインレーザファイバとして用いる
ダブルクラッド型のレーザ用光ファイバの一例を示すの
断面図である。
【符号の説明】
21…コア、22…第1クラッド(太径クラッド)、2
3…第2クラッド(コーティング層)、31…メインポ
ンプ光源、32…メインレーザファイバ、35…ポンプ
ピングファイバ、36…カプラ、37…増幅用ポンプ光
源、41…コア、42…クラッド(コーティング層)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メインレーザファイバと、このメインレ
    ーザファイバの長さ方向にカプラを介して結合された1
    本以上のポンプピングファイバと、これらのポンプピン
    グファイバに増幅用ポンプ光を入射する増幅用ポンプ光
    源と、前記メインレーザファイバの入射端からメインポ
    ンプ光を入射するメインポンプ光源を有するファイバレ
    ーザであって、 前記メインレーザファイバは希土類元素が添加されたコ
    アと、このコアを包囲する太径クラッドと、この太径ク
    ラッド上に設けられたコーティング層とからなり、 前記ポンプピングファイバはコアと、この上に設けられ
    たコーティング層とからなることを特徴とするファイバ
    レーザ。
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