WO2021205697A1 - 光ファイバ及びファイバレーザ装置 - Google Patents

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    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber and a fiber laser device.
  • the fiber laser device has excellent light collecting property, high power density, and can obtain light that becomes a small beam spot. For this reason, in recent years, it has come to be used in various fields such as a laser processing field and a medical field, and along with this, it is required to increase the output of the emitted light. However, when the output is increased in this way, the power density of the light propagating in the core of the optical fiber increases, so that induced Raman scattering is likely to occur. When induced Raman scattering occurs and the wavelength of light propagating in the core is converted, it may cause deterioration in the performance of the fiber laser apparatus. Therefore, in the fiber laser apparatus, it is required to suppress the occurrence of induced Raman scattering.
  • the beam quality is represented by, for example, M 2 (M square), and the closer the value of M 2 is to 1, the better the beam quality.
  • the core diameter and clad diameter of the optical fiber, the numerical aperture NA of the core, etc. are optimally designed in order to suppress the occurrence of induced Raman scattering and deterioration of beam quality. Is required.
  • the following non-patent document 1 uses an optical fiber designed so that the core diameter is 52 ⁇ m, the clad diameter is 750 ⁇ m, the numerical aperture NA of the core is 0.025, and the effective cross-sectional area A eff is 1000 ⁇ m 2. It is described that the value of M 2 of the light output from the fiber laser apparatus produced in the above is 1.04.
  • the bending diameter of the optical fiber must be 600 mm or more in order to propagate the light in the basic mode. Therefore, when, for example, a fiber laser device is configured using the optical fiber of Non-Patent Document 1, the fiber laser device becomes large in size, which may be disadvantageous in terms of incorporation into the processing device and the like.
  • an object of the present invention is to provide an optical fiber capable of suppressing deterioration of beam quality and occurrence of induced Raman scattering and allowing bending with a large curvature, and a fiber laser apparatus provided with the optical fiber. ..
  • the present invention is an optical fiber having a core and a cladding, wherein the effective cross-sectional area A eff of the light having a wavelength of 1070 nm propagating through the core in the basic mode is 500 ⁇ m 2 or more, and the core has an effective cross-sectional area of 500 ⁇ m 2.
  • the numerical aperture NA of the core satisfies the following equation.
  • the V value which is a waveguide parameter of the optical fiber, satisfies the following equation. It is characterized by that.
  • the value of M 2 is 1 when the light propagating in the core of the optical fiber is only the light in the basic mode, and the value of M 2 increases as the number of modes of light increases when propagating in the optical fiber. Therefore, the deterioration of the measured beam quality can be expressed by the difference ⁇ M 2 between the value of M 2 of the light when it enters the optical fiber and the value of M 2 of the light when it is emitted from the optical fiber. , The larger the value of ⁇ M 2, the worse the beam quality.
  • the length of the optical fiber in the portion where the light generated in the resonator is guided is approximately 40 m or less.
  • the light that oscillates in the resonator and emits from the fiber laser device includes the light that reciprocates in the portion where the light generated in the resonator is waveguideed. Therefore, the value of M 2 of the light emitted from the fiber laser device tends to be larger than the value of M 2 in the case where the light propagates only 40 m one way without going back and forth in the above portion and is emitted. However, if the value of ⁇ M 2 of the light propagating in this one way is 0.1 or less, the value of M 2 of the light emitted from the fiber laser device can be approximately 1.5. When the value of M 2 is about 1.5, the performance required in a normal fiber laser device can be satisfied.
  • the present inventor sets the value of ⁇ M 2 per 1 m of optical fiber to 0.0025 or less if the numerical aperture NA of the core satisfies the above equation when the wavelength of light propagating in the core is 1070 nm. Found to get.
  • the one-way length of the portion where the light generated in the resonator is waveguide is approximately 40 m or less. Therefore, if the numerical aperture NA satisfies the above equation, the one-way can be performed.
  • the value of ⁇ M 2 of the light when propagating can be 0.1 or less. Therefore, the deterioration of the beam quality can be suppressed to the extent that the M 2 value of the light emitted from the fiber laser device does not exceed 1.5.
  • a fusion portion between optical fibers such as a fusion portion between an optical fiber for amplification and a delivery fiber.
  • the light in the basic mode tends to be coupled to an axially symmetric higher-order mode such as the LP03 mode. Therefore, in a fiber laser device, there is a demand for bending an optical fiber with a predetermined bending radius to eliminate an axisymmetric high-order mode.
  • the ratio of the radius of the clad to the bending radius of the optical fiber is 2% or less for reasons such as lowering the breaking probability of the optical fiber.
  • the present inventor presents the induction of an optical fiber when the optical fiber is bent at a bending radius such that the ratio of the radius of the cladding to the bending radius of the optical fiber is 1% or less when the wavelength of the light propagating in the core is 1070 nm. It has been found that if the V value, which is a waveguide parameter, satisfies the above equation, the light in the LP03 mode can be cut off. Therefore, according to the optical fiber formed so that the V value satisfies the above equation, the light in the LP03 mode can be cut off, and the deterioration of the beam quality can be suppressed.
  • a fiber laser device that emits light having a wavelength of 1070 nm
  • the effective cross-sectional area A eff of light in the basic mode having a wavelength of 1070 nm is 500 ⁇ m 2 or more
  • induced Raman scattering tends to be less likely to occur.
  • the effective cross-sectional area A eff of the light having a wavelength of 1070 nm propagating in the core in the basic mode is 500 ⁇ m 2 or more, the occurrence of induced Raman scattering can be suppressed.
  • Non-Patent Document 1 By the way, when an optical fiber having a clad radius of 325 ⁇ m disclosed in Non-Patent Document 1 is bent at a bending diameter of 350 mm in which the ratio of the clad radius to the bending radius of the optical fiber is 0.09%, the LP01 mode is used. Such bending of the optical fiber is not allowed because the light is lost by about 10 dB / m.
  • the present inventor bent the optical fiber of the present invention under the same conditions as those described in Non-Patent Document 1 and investigated the loss of light in the LP01 mode propagating through the core of the optical fiber. As a result, the loss of light in the LP01 mode propagating through the optical fiber of the present embodiment was approximately 0.001 dB / m.
  • the light loss of 0.001 dB / m is extremely small compared to the light loss of 10 dB / m in the optical fiber of Non-Patent Document 1. Therefore, according to the optical fiber of the present invention, the above bending, which is not allowed in Non-Patent Document 1, is allowed.
  • the effective cross-sectional area A eff is 600 ⁇ m 2 or more.
  • the induced Raman scattering can be suppressed as compared with the case where the effective cross-sectional area A eff is 500 ⁇ m 2 or more and smaller than 600 ⁇ m 2.
  • the effective cross-sectional area A eff is 800 ⁇ m 2 or more.
  • the induced Raman scattering can be suppressed as compared with the case where the effective cross-sectional area A eff is 600 ⁇ m 2 or more and smaller than 800 ⁇ m 2.
  • V value satisfies the following formula.
  • the numerical aperture NA is 0.05 or more.
  • mode coupling due to disturbance can be suppressed as compared with the case where the numerical aperture NA is smaller than 0.05.
  • the fiber laser apparatus of the present invention is characterized by including the optical fiber according to any one of the above.
  • This fiber laser device includes the optical fiber described in any of the above. Therefore, according to this fiber laser device, deterioration of beam quality and occurrence of induced Raman scattering can be suppressed, and it is permissible to bend the optical fiber with a large curvature. Further, since the fiber laser device can be configured by bending the optical fiber with a large curvature, it is possible to suppress the increase in size of the fiber laser device.
  • an optical fiber capable of suppressing deterioration of beam quality and occurrence of induced Raman scattering and allowing bending having a large curvature, and a fiber laser apparatus including the optical fiber. obtain.
  • Parameter range for configuring an optical fiber with an effective cross-sectional area A eff of 500 ⁇ m 2 or more when the V value range is changed from the embodiment and the clad radius is 2.0 ⁇ 10 -4 (m). It is a figure which shows. Parameter range for configuring an optical fiber with an effective cross-sectional area A eff of 500 ⁇ m 2 or more when the V value range is changed from the embodiment and the clad radius is 3.0 ⁇ 10 -4 (m). It is a figure which shows. Parameter range for configuring an optical fiber with an effective cross-sectional area A eff of 500 ⁇ m 2 or more when the V value range is changed from the embodiment and the clad radius is 4.0 ⁇ 10 -4 (m). It is a figure which shows.
  • FIG. 1 is a diagram showing a fiber laser apparatus according to the present embodiment.
  • the fiber laser apparatus 1 of the present embodiment includes an optical fiber 10 for amplification, an excitation light source 20, an optical fiber 30, a first FBG 35 provided in the optical fiber 30, a delivery fiber 40, and a delivery.
  • a second FBG 45 provided on the fiber 40 and an optical combiner 50 are mainly provided. Further, the output end 51 is connected to the end of the delivery fiber 40 on the side opposite to the second FBG side.
  • the length from the first FBG 35 to the output end 51 is 40 m or less.
  • the amplification optical fiber 10 is fused to the optical fiber 30 at the fusion section FP1 and to the delivery fiber 40 at the fusion section FP2.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross section of such an amplification optical fiber 10.
  • the amplification optical fiber 10 has a so-called double clad structure, and has a core 11, an inner clad 12 that surrounds the outer peripheral surface of the core 11 without gaps, and an outer clad that covers the outer peripheral surface of the inner clad 12. 13 and a coating layer 14 for covering the outer clad 13 are provided as a main configuration.
  • the refractive index of the inner clad 12 is lower than that of the core 11, and the refractive index of the outer clad 13 is lower than that of the inner clad 12.
  • an optical fiber having an inner clad and an outer clad such as an optical fiber for amplification
  • a clad it means an inner clad unless otherwise specified.
  • the core 11 is made of, for example, quartz to which ytterbium (Yb) excited by the excitation light emitted from the excitation light source 20 is added in an amount of approximately 1 wt% as an active element.
  • the inner clad 12 is made of, for example, pure quartz to which no dopant is added.
  • the numerical aperture NA of the core is expressed by the following equation (2). Assuming that the radius of the core 11 is a (m) and the radius of the clad 12 is b (m), the numerical aperture NA in this embodiment satisfies the following equation (3). The equation (3) will be described in detail later.
  • the light propagating in the core 11 includes light having a wavelength of 1070 nm due to the configuration of the first FBG35 and the second FBG45 described later, and at least the light in the LP01 mode, which is the basic mode, propagates in the core 11.
  • the value of M 2 representing the beam quality of the light is 1, and the value of M 2 increases as the number of modes of the light propagating in the core 11 increases. growing.
  • ⁇ M 2 which is the difference between the value of M 2 of the light when it enters the optical fiber and the value of M 2 of the light when it is emitted from the optical fiber, the better the beam quality of the light emitted from the optical fiber. Means that is getting worse.
  • the outer clad 13 is made of resin or quartz, and examples of the resin include thermosetting resin and ultraviolet curable resin.
  • quartz fluorine that lowers the refractive index so as to have a lower refractive index than, for example, the inner clad 12.
  • examples thereof include quartz to which a dopant such as (F) is added.
  • examples of the material constituting the coating layer 14 include a thermosetting resin and an ultraviolet curable resin.
  • the coating layer 14 is thermoset different from the resin constituting the outer clad 13. It may be a sex resin or an ultraviolet curable resin.
  • the amplification optical fiber 10 includes a bent portion that can be bent with a predetermined bending radius R (m).
  • the ratio of the radius b (m) of the clad 12 to the bending radius R of the bent portion is approximately 1%, and the bending radius R of the bent portion is approximately 100 times as large as the radius b of the clad 12. ..
  • the number of modes of light that can propagate through the core of the optical fiber can be determined by the V value defined by the following equation (4).
  • This V value is called a waveguide parameter, and the larger the V value, the larger the number of modes of light that can propagate through the core. Further, this V value tends to decrease as the curvature of the bent portion of the optical fiber increases.
  • ⁇ represents the wavelength of light propagating in the core, which is 1070 nm in this embodiment.
  • the amplification optical fiber 10 is configured so that the V value satisfies the following equation (5).
  • the equation (5) will be described in detail later.
  • the amplification optical fiber 10 is configured so that the effective cross-sectional area A eff of the light in the LP01 mode having a wavelength of 1070 nm is 500 ⁇ m 2 or more.
  • the excitation light source 20 has a plurality of laser diodes 21 and an optical fiber 25 connected to each of the laser diodes 21.
  • Each laser diode 21 emits light having a wavelength in the band of 900 nm, for example.
  • the optical fiber 25 has a so-called single clad structure, and includes a core, a clad that surrounds the outer peripheral surface of the core without gaps, and a clad having a refractive index lower than that of the core, and a coating that covers the clad.
  • Each optical fiber 25 is optically connected to one end of the optical fiber 30 via an optical combiner 50.
  • the optical fiber 30 has a double clad structure like the amplification optical fiber 10.
  • the core of the optical fiber 30 is formed of, for example, quartz to which an element such as germanium (Ge) that increases the refractive index is added.
  • the inner clad is formed of, for example, pure quartz to which no dopant is added.
  • the outer clad is made of resin or quartz. Examples of the resin forming the outer clad include a thermosetting resin and an ultraviolet curable resin. Examples of the quartz forming the outer clad include quartz to which a dopant such as fluorine (F), which lowers the refractive index so as to have a lower refractive index than that of the inner clad, is added.
  • the coating is formed of, for example, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin. When the coating layer 14 is formed of a resin, for example, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin different from the resin constituting the outer clad is used.
  • One end of the inner cladding of the optical fiber 30 is optically connected to each core of the optical fiber 25 via an optical combiner 50.
  • the other end of the inner clad of the optical fiber 30 is optically connected to the clad 12 of the amplification optical fiber 10.
  • the optical fiber 30 has a core radius a, a clad radius b, a numerical aperture NA, and an effective cross-sectional area A eff of the amplification optical fiber 10 core radius a, clad radius b, and numerical aperture NA.
  • the effective cross-sectional area A eff respectively, and are configured to satisfy the above equation (3).
  • the delivery fiber 40 has a single clad structure, and includes a core, a clad that surrounds the outer peripheral surface of the core without gaps, and a clad having a refractive index lower than that of the core, and a coating that covers the clad.
  • One end of the clad of the delivery fiber 40 is optically connected to the clad 12 of the optical fiber 10 for amplification.
  • one end of the core of the delivery fiber 40 is optically connected to the core of the optical fiber 10 for amplification.
  • an output end 51 made of, for example, quartz is attached to the other end of the delivery fiber 40.
  • the delivery fiber 40 has a core radius a, a clad radius b, a numerical aperture NA, and an effective cross-sectional area A eff of the amplification optical fiber 10 core radius a, clad radius b, and numerical aperture NA. , And the effective cross-sectional area A eff , respectively, and are configured to satisfy the above equation (3). Further, the delivery fiber 40 includes a bent portion that can be bent with a bending radius R substantially the same as that of the amplification optical fiber 10, and is configured to satisfy the above equation (5).
  • the first FBG35 is provided in the core of the optical fiber 30.
  • the first FBG 35 is optically coupled to the core 11 of the amplification optical fiber 10, and has a configuration in which a portion in which the refractive index is periodically increased along the longitudinal direction of the optical fiber 30 is repeated. By adjusting this period, at least a part of the light emitted by the active element of the excited optical fiber 10 for amplification is reflected.
  • the reflectance of the first FBG 35 is higher than the reflectance of the second FBG 45 described later, and the light of a desired wavelength among the light emitted by the active element is reflected at, for example, 99% or more.
  • the wavelength of the light reflected by the first FBG35 is approximately 1070 nm.
  • the second FBG 45 is provided in the core of the delivery fiber 40.
  • the second FBG 45 is optically coupled to the core 11 of the amplification optical fiber 10, and has a configuration in which a portion where the refractive index increases at regular intervals is repeated along the longitudinal direction of the delivery fiber 40.
  • the second FBG 45 reflects light having at least a part of the wavelengths of the light reflected by the first FBG 35 with a reflectance lower than that of the first FBG 35.
  • the second FBG 45 reflects light having a wavelength of 1070 nm reflected by the first FBG 35 with a reflectance of, for example, 5% to 50%.
  • excitation light is emitted from each laser diode 21 of the excitation light source 20. Then, the excitation light emitted from each laser diode 21 propagates in the core of the optical fiber 25 and is combined in the optical combiner 50. The combined excitation light propagates through the inner cladding of the optical fiber 30.
  • the excitation light enters the clad 12 of the amplification optical fiber 10 and becomes clad mode light.
  • This clad mode light mainly propagates through the clad 12 and passes through the core 11 of the amplification optical fiber 10.
  • a part of the clad mode light incident on the core 11 is absorbed by ytterbium, which is an active element added to the core 11, and as a result, the active element is excited.
  • the clad mode light incident on the amplification optical fiber 10 becomes the excitation light, and the active element excited by the excitation light emits naturally emitted light having a specific wavelength.
  • the naturally emitted light at this time is mainly light having a wavelength band of 1070 nm when the active element is ytterbium.
  • This naturally emitted light propagates through the core 11 of the amplification optical fiber 10, and mainly light having a wavelength of 1070 nm is reflected by the first FBG35. Further, the light having a wavelength of 1070 nm reflected by the first FBG35 is reflected by the second FBG45.
  • the resonator is formed by the amplification optical fiber 10, the first FBG35, and the second FBG45, and light having a wavelength of 1070 nm reciprocates in the resonator.
  • the laser oscillation state is established.
  • a part of the light having a wavelength of 1070 nm oscillating in such a resonator passes through the second FBG 72 and propagates through the core of the delivery fiber 40 as laser light.
  • this laser beam is emitted to the outside from the output end 51 and is irradiated to, for example, an object to be processed to contribute to the processing of the object to be processed.
  • the amplification optical fiber 10, the optical fiber 30, and the delivery fiber 40 of the fiber laser device 1 are configured to satisfy the equation (3) as described above. With such a configuration, deterioration of beam quality is suppressed to the extent that the value of M 2 of the light having a wavelength of 1070 nm emitted from the fiber laser device 1 does not exceed 1.5. This point will be described below.
  • the present inventor has diligently studied the modal coupling of light propagating through the core of an optical fiber, and found that such modal coupling tends to depend on the radius of the core, the radius of the cladding, and the numerical aperture NA of the core. Was found, and further research was conducted to prove this point.
  • Non-Patent Document 2 (R. Olshansky, “Distortion Losses in Cabled Optical Fibers,” Appl. Opt. 14, (1975)), the loss ⁇ of a single-mode fiber when subjected to a predetermined disturbance is described by the following equation ( It is described that it is represented by 6).
  • kg is a constant
  • Ee is the Young's modulus of the coating of the optical fiber
  • Ef is the Young's modulus of the glass portion composed of the core and the clad of the optical fiber.
  • the specific refractive index difference ⁇ can be expressed by the following formula (7) based on the above formula (1) and the above formula (2).
  • the refractive index n 1 of the core in the above can be considered to be 1.45.
  • the present inventor considered that in a fumode fiber, the power corresponding to the loss of the basic mode caused by the disturbance received while propagating a predetermined length is coupled to the higher mode.
  • the loss ⁇ of the single-mode fiber in the above equation (6) can be expressed as the difference ⁇ M 2 in the beam quality of light in the fu-mode fiber.
  • the present inventor considered that in the fumode fiber, the coupling of the basic mode to the higher order mode is larger as the optical fiber is longer, and ⁇ M 2 is proportional to the length L (m) of the optical fiber. It has been confirmed that the difference in Young's modulus Ee of the coating and the difference in Young's modulus Ef of the glass portion have almost no effect on the mode coupling in the fumode fiber and have almost no effect on the change in ⁇ M 2.
  • Equation (8) representing ⁇ M 2 based on the equation in which the above equation (7) was substituted into the above equation (6) and ⁇ was eliminated.
  • A is a constant and contains n 1 , kg, Ee, and Ef as components.
  • the value of n 1 is 1.45 as described above.
  • Ee and Ef since Ee and Ef have almost no effect on the change of ⁇ M 2 , Ee and Ef can be regarded as constants.
  • the optical fiber samples 1 to 4 shown in Table 1 below are prepared, and the measured values of ⁇ M 2 when light having a wavelength of 1070 nm is propagated through these samples 1 to 4 are calculated from the equation (9). It was compared with the estimated value of ⁇ M 2.
  • the length of the optical fiber in the portion where the light generated in the resonator is guided is approximately 40 m or less.
  • the portion where the light generated in the resonator is guided is corresponding to the portion from the first FBG 35 to the output end 51.
  • the light that oscillates in the resonator and emits from the fiber laser device includes the light that reciprocates in the portion where the light generated in the resonator is waveguideed. Therefore, the value of M 2 of the light emitted from the fiber laser device tends to be larger than the value of M 2 in the case where the light propagates and emits only 40 m one way without reciprocating in the above portion.
  • the value of ⁇ M 2 of the light having a wavelength of 1070 nm after propagating the core 40 m is set to 0.1 or less.
  • the deterioration of the beam quality per 1 m of unit length can be reduced to 0.0025 or less. Therefore, the deterioration of the beam quality can be suppressed to the extent that the M 2 value of the light emitted from the fiber laser device does not exceed 1.5.
  • the amplification optical fiber 10 and the delivery fiber 40 of the fiber laser device 1 are configured to satisfy the above formula (5).
  • the bending radius R of each bent portion of the amplification optical fiber 10 and the delivery fiber 40 is 100 times or more the radius b of the cladding, the light in the LP03 mode can be cut off, and the beam can be cut off. Deterioration of quality can be suppressed. This point will be described below.
  • a fusion portion between optical fibers such as a fusion portion between an optical fiber for amplification and a delivery fiber.
  • the above-mentioned fusion part FP1 and the fusion part FP2 can be mentioned.
  • the light in the basic mode tends to be coupled to an axially symmetric higher-order mode such as the LP03 mode. Therefore, in the fiber laser apparatus, there is a request to bend the optical fiber with a predetermined bending radius to remove the axisymmetric high-order mode.
  • the ratio of the clad radius b (m) to the bending radius R (m) of the optical fiber is generally set to 2% or less from the viewpoint of reducing the breaking probability of the optical fiber. preferable.
  • Such a bending radius R corresponds to a bending radius of 50 times or more the radius b of the clad.
  • Non-Patent Document 3 RT Schermer, “Mode scalability in bent optical fibers,” Optics Express, vol. 15, no. 24, p. 15674, Nov. 2007.
  • B R the standardized propagation constant at the time
  • k clad is the wave number of the clad
  • n 2 is the refractive index of the clad
  • B s the normalized propagation constant in the linear state in which the optical fiber is not bent.
  • V in the formula (10) means the above-mentioned V value, and can be calculated from the above-mentioned formula (4).
  • the normalized propagation constant B s in the linear state can be obtained by actual measurement from the radius a (m) of the core and the specific refractive index difference ⁇ between the core and the clad for each mode of light propagating in the core. can. If the normalized propagation constant B R is 0, the mode cannot guide the core and is cut off. Therefore, the value of light B s of LP03 mode determined by actual measurement on the basis of the equation obtained by substituting the equation (10), by changing the V value, change in the value of B R with respect to the bending radius R of the optical fiber was calculated.
  • the optical fiber is formed so as to satisfy the equation (5), the light in the LP03 mode having a wavelength of 1070 nm can be cut off when the optical fiber is bent with a bending radius R that is 100 times or more the radius b of the cladding.
  • Non-Patent Document 1 By the way, when an optical fiber having a clad radius of 325 ⁇ m disclosed in Non-Patent Document 1 is bent at a bending diameter of 350 mm in which the ratio of the clad radius to the bending radius of the optical fiber is 0.09%, the LP01 mode is used. Such bending of the optical fiber is not allowed because the light is lost by about 10 dB / m.
  • the present inventor bent the optical fiber of the present embodiment under the same conditions as those described in Non-Patent Document 1 and investigated the loss of light in the LP01 mode propagating through the core of the optical fiber. As a result, the loss of light in the LP01 mode propagating through the optical fiber of the present embodiment was approximately 0.001 dB / m.
  • the light loss of 0.001 dB / m is extremely small compared to the light loss of 10 dB / m in the optical fiber of Non-Patent Document 1. Therefore, according to the optical fiber of the present invention, the above bending, which is not allowed in Non-Patent Document 1, is allowed.
  • the amplification optical fiber 10, the optical fiber 30, and the delivery fiber 40 of the fiber laser apparatus 1 are configured so that the effective cross-sectional area A eff of the basic mode of light having a wavelength of 1070 nm is 500 ⁇ m 2 or more. Has been done.
  • the effective cross-sectional area A eff is 500 ⁇ m 2 or more, induced Raman scattering tends to be less likely to occur. Therefore, according to the fiber laser device 1, the occurrence of induced Raman scattering can be suppressed in the amplification optical fiber 10, the optical fiber 30, and the delivery fiber 40.
  • the horizontal axis is the radius a (m) of the core and the vertical axis is the numerical aperture NA of the core in the equations (3), (5) and the effective cross-sectional area A eff. It can be represented by a coordinate system. 3 to 5 show equations (3) and (3) when the clad radii b (m) are 2.0 ⁇ 10 -4 , 3.0 ⁇ 10 -4 , and 4.0 ⁇ 10 -4, respectively. 5) and A eff . In each of FIGS.
  • the relationship between the core radius a (m) and the numerical aperture NA is shown
  • the range satisfying the formula (3), the formula (5), and the effective cross-sectional area A eff ⁇ 500 ⁇ m 2 is represented by the region S surrounded by the thick line, the thin line, and the broken line.
  • the effective cross-sectional area A eff is more preferably 600 ⁇ m 2 or more.
  • the induced Raman scattering can be suppressed as compared with the case where the effective cross-sectional area A eff is 500 ⁇ m 2 or more and smaller than 600 ⁇ m 2.
  • 6 to 8 show equations (3) and (3) when the clad radii b (m) are 2.0 ⁇ 10 -4 , 3.0 ⁇ 10 -4 , and 4.0 ⁇ 10 -4, respectively. 5) and A eff .
  • the range satisfying the formula (3), the formula (5), and the effective cross-sectional area A eff ⁇ 600 ⁇ m 2 is represented by the region S surrounded by the thick line, the thin line, and the broken line.
  • the effective cross-sectional area A eff is more preferably 800 ⁇ m 2 or more.
  • the induced Raman scattering can be suppressed as compared with the case where the effective cross-sectional area A eff is 600 ⁇ m 2 or more and smaller than 800 ⁇ m 2.
  • 9 to 11 show equations (3) and (3) when the clad radii b (m) are 2.0 ⁇ 10 -4 , 3.0 ⁇ 10 -4 , and 4.0 ⁇ 10 -4, respectively. 5) and A eff .
  • the range satisfying the formula (3), the formula (5), and the effective cross-sectional area A eff ⁇ 800 ⁇ m 2 is represented by the region S surrounded by the thick line, the thin line, and the broken line.
  • the light in the LP03 mode is cut off and the light in the LP01 mode propagates through the core.
  • V value may satisfy the following formula (11).
  • the optical fiber when the optical fiber is bent at a bending radius R (m) at which the ratio of the clad radius b to the bending radius of the optical fiber is 1% or less, the light in the LP02 mode having a wavelength of 1070 nm is cut off.
  • the range of V value is shown. Therefore, by satisfying the equation (11), the light in the LP02 mode can be further cut off in addition to the light in the LP03 mode. Therefore, the beam quality can be further improved by satisfying the equation (11).
  • the fiber laser apparatus 1 of the present embodiment by bending the optical fiber so as to satisfy the range of the region T shown in FIGS. 12 to 14, the light in the LP03 mode and the light in the LP02 mode are cut off, and the light is cut off.
  • Light in LP01 mode propagates through the core.
  • the numerical aperture NA of the core is 0.05 or more.
  • the optical fiber is configured in this way, mode coupling due to disturbance can be suppressed as compared with the case where the numerical aperture NA is smaller than 0.05.
  • a bent portion that satisfies one of the equations (5) and (11) may be provided in the portion of the optical fiber 30 on the amplification optical fiber 10 side of the first FBG 35. Thereby, the beam quality can be further improved.
  • the core radii a of the optical fiber 30, the amplification optical fiber 10, and the delivery fiber 40 do not have to be the same, and the clad radius b of the optical fiber 30, the amplification optical fiber 10, and the delivery fiber 40 may be the same.
  • the optical fiber 30, the optical fiber 10 for amplification, and the delivery fiber 40 do not have to be the same, and the numerical aperture NAs of the optical fiber 30, the optical fiber 10 for amplification, and the delivery fiber 40 do not have to be the same.
  • the effective cross-sectional area A eff does not have to be the same.
  • an optical fiber that satisfies the formula (3), satisfies one of the formulas (5) and (11), and has an effective cross-sectional area A eff of 500 ⁇ m 2 or more is, for example, an optical fiber for amplification. It may be only the fiber 10 or only the delivery fiber 40.
  • the configuration of the amplification optical fiber 10 is not limited to the above embodiment.
  • An element such as germanium (Ge) that increases the refractive index may be added to the core 11, and an element such as fluorine (F) that decreases the refractive index may be added to the clad 12.
  • the active element added to the core 11 is not limited to ytterbium, but may be another rare earth element. Examples of such rare earth elements include thulium (Tm), cerium (Ce), neodymium (Nd), europium (Eu), erbium (Er) and the like. Further, as the active element, bismuth (Bi) and the like can be mentioned in addition to the rare earth element.
  • the configuration of the fiber laser device is not limited to the above embodiment, and may be, for example, a MOPA type fiber laser device.
  • Example 1 This example was performed using a fiber laser device 1 having the same configuration as that of the above embodiment.
  • the core diameter 2a of the optical fiber 30, the amplification optical fiber 10, and the delivery fiber 40 of the fiber laser apparatus 1 is 31 ⁇ m
  • the clad diameter 2b is 400 ⁇ m
  • the numerical aperture NA is 0.071. there were.
  • the optical fiber 30, the amplification optical fiber 10, and the delivery fiber 40 were formed so as to satisfy the formula (3).
  • the effective cross-sectional area A eff of the optical fiber 30, the amplification optical fiber 10, and the delivery fiber 40 was 550 ⁇ m 2, respectively. Further, a bent portion having a bending radius R of 20 mm was formed in a part of the amplification optical fiber 10 and the delivery fiber 40.
  • the amplification optical fiber 10 and the delivery fiber 40 were formed so as to satisfy the equation (5).
  • the value of M 2 of the laser light emitted from the output terminal 51 was measured and found to be 1.3.
  • the value of M 2 in this example was less than 1.5.
  • the optical fiber 30 is not formed with a bent portion. Therefore, when the value of M 2 becomes closer to 1 by forming a bent portion similar to the amplification optical fiber 10 and the delivery fiber 40 in the portion of the optical fiber 30 on the amplification optical fiber 10 side of the first FBG 35. Conceivable.
  • Example 2 This example was performed using a fiber laser device 1 having the same configuration as that of the above embodiment.
  • the core diameter 2a of the optical fiber 30, the amplification optical fiber 10, and the delivery fiber 40 of the fiber laser apparatus 1 is 36 ⁇ m
  • the clad diameter 2b is 400 ⁇ m
  • the numerical aperture NA is 0.077. there were.
  • the optical fiber 30, the amplification optical fiber 10, and the delivery fiber 40 were formed so as to satisfy the formula (3).
  • the effective cross-sectional area A eff of the optical fiber 30, the amplification optical fiber 10, and the delivery fiber 40 was 620 ⁇ m 2, respectively. Further, a bent portion having a bending radius R of 20 mm was formed in a part of the amplification optical fiber 10 and the delivery fiber 40.
  • the amplification optical fiber 10 and the delivery fiber 40 were formed so as to satisfy the equation (5).
  • the value of M 2 of the laser light emitted from the output terminal 51 was measured and found to be 1.4.
  • the value of M 2 in this example was less than 1.5.
  • the optical fiber 30 is not formed with a bent portion. Therefore, when the value of M 2 becomes closer to 1 by forming a bent portion similar to the amplification optical fiber 10 and the delivery fiber 40 in the portion of the optical fiber 30 on the amplification optical fiber 10 side of the first FBG 35. Conceivable.
  • This example was performed using a fiber laser device 1 having the same configuration as that of the above embodiment.
  • the core diameter 2a of the optical fiber 30, the amplification optical fiber 10, and the delivery fiber 40 of the fiber laser apparatus 1 was 55 ⁇ m
  • the clad diameter 2b was 700 ⁇ m
  • the numerical aperture NA was 0.082.
  • the optical fiber 30, the amplification optical fiber 10, and the delivery fiber 40 in this example were formed so as not to satisfy the formula (3). Further, the optical fiber 30, the amplification optical fiber 10, and the delivery fiber 40 in this example are not provided with a bent portion that satisfies one of the formulas (5) and (11).
  • the value of M 2 of the light having a wavelength of 1070 nm emitted from the fiber laser apparatus is 1. It was demonstrated that the value of M 2 of the light was smaller than 1.5 in Examples 1 and 2 satisfying the formulas (3) and (5), whereas it was larger than 5.
  • an optical fiber capable of suppressing deterioration of beam quality and occurrence of induced Raman scattering and allowing bending with a large curvature
  • a fiber laser apparatus provided with the optical fiber
  • It can be used in fields and the like.

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Abstract

ファイバレーザ装置（１）の光ファイバは、コアを伝搬する波長１０７０ｎｍの基本モードの光の実効断面積Ａeffが５００μｍ2以上であり、コアの半径をａ（ｍ）、クラッドの半径をｂ（ｍ）とする場合に、コアの開口数ＮＡが下記式（ＡＡ）を満たし、 光ファイバの導波路パラメータであるＶ値が下記式（ＢＢ）を満たすように構成される。

Description

光ファイバ及びファイバレーザ装置
　本発明は、光ファイバ及びファイバレーザ装置に関する。
　ファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高く、小さなビームスポットとなる光が得られる。このため、近年、レーザ加工分野、医療分野等の様々な分野において用いられるようになっており、これに伴って出射する光の高出力化が求められている。しかし、このように高出力化がされると、光ファイバのコアを伝搬する光のパワー密度が増大するため、誘導ラマン散乱が生じ易くなる。誘導ラマン散乱が生じてコアを伝搬する光の波長が変換されると、ファイバレーザ装置の性能低下などの原因になり得る。このため、ファイバレーザ装置では、誘導ラマン散乱の発生を抑制することが求められる。
　誘導ラマン散乱の発生を抑制する手段として、コアを伝搬する光の実効断面積Ａeffを大きくして光のエネルギー密度を小さくすることが挙げられる。実効断面積Ａeffを大きくする手段としては、コアの直径を大きくすること、コアの開口数ＮＡを小さくすることが挙げられる。しかし、コアの直径を大きくすると、コアを伝搬する光のモード数が増える傾向がある。また、クラッドの直径を変えずにコアの直径を大きくしてコアの開口数ＮＡを小さくする場合、コアを伝搬する光のクラッドへの染み出しが大きくなるとともに、クラッドの厚みが相対的に薄くなることによって、外乱によるモード結合が生じ易くなり得る。このように、コアを伝搬する光の実効断面積Ａeffを大きくすると、コアを伝搬する光のモード数が増えてファイバレーザ装置のビーム品質の悪化を招き得る。なお、ビーム品質は、例えばＭ2（エムスクエア）で表され、Ｍ2の値が１に近い程ビーム品質が良い。
　このように、ファイバレーザ装置を高出力化する場合、誘導ラマン散乱の発生及びビーム品質の悪化を抑制するために、光ファイバのコア径やクラッド径、コアの開口数ＮＡなどを最適に設計することが求められる。
　下記非特許文献１には、コアの直径が５２μｍ、クラッドの直径が７５０μｍ、コアの開口数ＮＡが０．０２５、及び実効断面積Ａeffが１０００μｍ2となるように設計された光ファイバを用いて作製されたファイバレーザ装置から出力される光のＭ2の値が１．０４であることが記載されている。
V. Petit, R. P. Tumminelli, J. D. Minelly, and V. Khitrov, "Extremely low NA Yb doped preforms (<0.03) fabricated by MCVD," presented at the SPIE LASE, San Francisco, California, United States, 2016, p.97282R.
　しかし、上記非特許文献１の光ファイバでは、基本モードの光を伝搬させるために光ファイバの曲げ直径を６００ｍｍ以上にしなければならない。したがって、非特許文献１の光ファイバを用いて例えばファイバレーザ装置を構成する場合、当該ファイバレーザ装置が大型化し、加工装置への組み込み等の点で不利になり得る。
　そこで、本発明は、ビーム品質の悪化及び誘導ラマン散乱の発生を抑制し得るとともに曲率の大きな曲げが許容される光ファイバ、及び、当該光ファイバを備えるファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
　上記目的の達成のため、本発明は、コア及びクラッドを有する光ファイバであって、前記コアを伝搬する波長１０７０ｎｍの基本モードの光の実効断面積Ａeffが５００μｍ2以上であり、前記コアの半径をａ（ｍ）、前記クラッドの半径をｂ（ｍ）とする場合に、前記コアの開口数ＮＡが下記式を満たし、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
前記光ファイバの導波路パラメータであるＶ値が下記式を満たす
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
ことを特徴とするものである。
　光ファイバのコアを伝搬する光が基本モードの光のみである場合Ｍ2の値は１であり、光ファイバを伝搬する際に光のモード数が増えるほどＭ2の値が大きくなる。このため、測定されるビーム品質の悪化は、光ファイバに入射する際の光のＭ2の値と当該光ファイバから出射する際の光のＭ2の値との差ΔＭ2によって表すことができ、ΔＭ2の値が大きい程ビーム品質が悪化していることを意味する。
　一般的なファイバレーザ装置において、共振器内で生じる光が導波する部分における光ファイバの長さは概ね４０ｍ以下である。共振器内で発振してファイバレーザ装置から出射する光には、共振器内で生じる光が導波する部分を往復する光が含まれる。このため、ファイバレーザ装置から出射する光のＭ2の値は、上記部分を往復せずに片道４０ｍだけ伝搬して出射する場合におけるＭ2の値に比べて大きくなる傾向にある。しかし、この片道を伝搬した際の光のΔＭ2の値が０．１以下であれば、ファイバレーザ装置から出射する光のＭ2の値が概ね１．５になり得る。Ｍ2の値が概ね１．５であれば、通常のファイバレーザ装置において要求される性能を満たし得る。
　本発明者は、コアを伝搬する光の波長が１０７０ｎｍである場合において、コアの開口数ＮＡが上記式を満たせば、光ファイバの単位長さ１ｍ当たりのΔＭ2の値を０．００２５以下にし得ることを見出した。上述のように、一般的なファイバレーザ装置において、共振器内で生じる光が導波する部分の片道の長さは概ね４０ｍ以下であるため、開口数ＮＡが上記式を満たせば、上記片道を伝搬した際の光のΔＭ2の値を０．１以下にし得る。したがって、ファイバレーザ装置から出射する光のＭ2の値が１．５を超えない程度にビーム品質の悪化を抑制することができる。
　ところで、ファイバレーザ装置では、一般的に、例えば増幅用光ファイバとデリバリファイバとの融着部など、光ファイバ同士の融着部が存在する。このような融着部では、仮に光ファイバ同士の軸ずれや角度ずれが無い場合でも、基本モードの光がＬＰ０３モード等の軸対称の高次モードに結合する傾向がある。このため、ファイバレーザ装置では、光ファイバを所定の曲げ半径で曲げて軸対称の高次モードを除去したいとの要請がある。また、ファイバレーザ装置では、一般的に、光ファイバの破断確率を低くする等の理由により、光ファイバの曲げ半径に対するクラッドの半径の比率を２％以下にすることが好ましいとされる。
　本発明者は、コアを伝搬する光の波長が１０７０ｎｍである場合において、光ファイバの曲げ半径に対するクラッドの半径の比率が１％以下となる曲げ半径で光ファイバを曲げる場合に、光ファイバの導波路パラメータであるＶ値が上記式を満たせば、ＬＰ０３モードの光をカットオフし得ることを見出した。このため、Ｖ値が上記式を満たす様に形成される上記光ファイバによれば、ＬＰ０３モードの光をカットオフし得、ビーム品質の悪化を抑制することができる。
　また、波長１０７０ｎｍの光が出射するファイバレーザ装置では、一般的に、波長１０７０ｎｍの基本モードの光の実効断面積Ａeffが５００μｍ2以上であれば、誘導ラマン散乱が発生しにくい傾向がある。上述のように、上記光ファイバでは、コアを伝搬する波長１０７０ｎｍの基本モードの光の実効断面積Ａeffが５００μｍ2以上であるため、誘導ラマン散乱の発生を抑制することができる。
　ところで、上記非特許文献１に開示されるクラッドの半径が３２５μｍの光ファイバを、当該光ファイバの曲げ半径に対するクラッドの半径の比率が０．０９％である３５０ｍｍの曲げ直径で曲げる場合、ＬＰ０１モードの光が概ね１０ｄＢ／ｍも損失するため、このような光ファイバの曲げは許容されない。本発明者は、非特許文献１に記載された条件と同様の条件で本発明の光ファイバを曲げて、当該光ファイバのコアを伝搬するＬＰ０１モードの光の損失を調べた。その結果、本実施形態の光ファイバを伝搬するＬＰ０１モードの光の損失は概ね０．００１ｄＢ／ｍであった。０．００１ｄＢ／ｍの光の損失は、非特許文献１の光ファイバにおける光の損失１０ｄＢ／ｍに比べて極めて小さい。このため、本発明の光ファイバによれば、非特許文献１では許容されない上記曲げが許容される。
　このように、この光ファイバによれば、ビーム品質の悪化及び誘導ラマン散乱の発生を抑制し得るとともに曲率の大きな曲げが許容される。
　また、前記実効断面積Ａeffが６００μｍ2以上であることがより好ましい。
　この場合、実効断面積Ａeffが５００μｍ2以上かつ６００μｍ2よりも小さい場合に比べて、誘導ラマン散乱を抑制することができる。
　また、前記実効断面積Ａeffが８００μｍ2以上であることがより好ましい。
　この場合、実効断面積Ａeffが６００μｍ2以上かつ８００μｍ2よりも小さい場合に比べて、誘導ラマン散乱を抑制することができる。
　また、前記Ｖ値が下記式を満たすことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　この式を満たす場合、上記比率が１％以下となる曲げ半径で光ファイバを曲げることによって、ＬＰ０３モードの光に加えてＬＰ０２モードの光をカットオフし得、よりビーム品質を向上させることができる。
　また、前記開口数ＮＡが０．０５以上であることが好ましい。
　この場合、開口数ＮＡが０．０５よりも小さい場合に比べて、外乱によるモード結合を抑制することができる。
　また、上記目的の達成のため、本発明のファイバレーザ装置は、上記いずれかに記載の光ファイバを備えることを特徴とするものである。
　このファイバレーザ装置は上記いずれかに記載の光ファイバを備える。したがって、このファイバレーザ装置によれば、ビーム品質の悪化及び誘導ラマン散乱の発生を抑制し得るとともに大きな曲率で光ファイバを曲げることが許容される。また、大きな曲率で光ファイバを曲げてファイバレーザ装置を構成できるため、ファイバレーザ装置の大型化を抑制することができる。
　以上のように、本発明によれば、ビーム品質の悪化及び誘導ラマン散乱の発生を抑制し得るとともに曲率の大きな曲げが許容される光ファイバ、及び、当該光ファイバを備えるファイバレーザ装置が提供され得る。
本発明の実施形態に係るファイバレーザ装置を概略的に示す図である。 増幅用光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。 クラッドの半径を２．０×１０-4（ｍ）にした場合における実施形態の光ファイバを構成するためのパラメータ範囲を示す図である。 クラッドの半径を３．０×１０-4（ｍ）にした場合における実施形態の光ファイバを構成するためのパラメータ範囲を示す図である。 クラッドの半径を４．０×１０-4（ｍ）にした場合における実施形態の光ファイバを構成するためのパラメータ範囲を示す図である。 クラッドの半径を２．０×１０-4（ｍ）にした場合における実効断面積Ａeffが６００μｍ2以上の光ファイバを構成するためのパラメータ範囲を示す図である。 クラッドの半径を３．０×１０-4（ｍ）にした場合における実効断面積Ａeffが６００μｍ2以上の光ファイバを構成するためのパラメータ範囲を示す図である。 クラッドの半径を４．０×１０-4（ｍ）にした場合における実効断面積Ａeffが６００μｍ2以上の光ファイバを構成するためのパラメータ範囲を示す図である。 クラッドの半径を２．０×１０-4（ｍ）にした場合における実効断面積Ａeffが８００μｍ2以上の光ファイバを構成するためのパラメータ範囲を示す図である。 クラッドの半径を３．０×１０-4（ｍ）にした場合における実効断面積Ａeffが８００μｍ2以上の光ファイバを構成するためのパラメータ範囲を示す図である。 クラッドの半径を４．０×１０-4（ｍ）にした場合における実効断面積Ａeffが８００μｍ2以上の光ファイバを構成するためのパラメータ範囲を示す図である。 Ｖ値の範囲を実施形態から変更し、かつ、クラッドの半径を２．０×１０-4（ｍ）にした場合における実効断面積Ａeffが５００μｍ2以上の光ファイバを構成するためのパラメータ範囲を示す図である。 Ｖ値の範囲を実施形態から変更し、かつ、クラッドの半径を３．０×１０-4（ｍ）にした場合における実効断面積Ａeffが５００μｍ2以上の光ファイバを構成するためのパラメータ範囲を示す図である。 Ｖ値の範囲を実施形態から変更し、かつ、クラッドの半径を４．０×１０-4（ｍ）にした場合における実効断面積Ａeffが５００μｍ2以上の光ファイバを構成するためのパラメータ範囲を示す図である。
　以下、本発明に係る光ファイバ及びファイバレーザ装置を実施するための形態が添付図面とともに例示される。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、以下の実施形態から変更、改良することができる。また、本明細書では、理解を容易にするために、各部材の寸法が誇張して示されている場合がある。
　図１は、本実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。図１に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置１は、増幅用光ファイバ１０と、励起光源２０と、光ファイバ３０と、光ファイバ３０に設けられる第１ＦＢＧ３５と、デリバリファイバ４０と、デリバリファイバ４０に設けられる第２ＦＢＧ４５と、光コンバイナ５０とを主な構成として備える。また、デリバリファイバ４０の第２ＦＢＧ側とは反対側の端部には、出力端５１が接続されている。
　本実施形態のファイバレーザ装置１において、第１ＦＢＧ３５から出力端５１までの長さは４０ｍ以下である。
　増幅用光ファイバ１０は、融着部ＦＰ１において光ファイバ３０に融着されており、融着部ＦＰ２においてデリバリファイバ４０に融着されている。
　図２は、このような増幅用光ファイバ１０の断面の様子を示す図である。図２に示すように、増幅用光ファイバ１０は、いわゆるダブルクラッド構造であり、コア１１と、コア１１の外周面を隙間なく囲む内側クラッド１２と、内側クラッド１２の外周面を被覆する外側クラッド１３と、外側クラッド１３を被覆する被覆層１４とを主な構成として備える。内側クラッド１２の屈折率はコア１１の屈折率よりも低く、外側クラッド１３の屈折率は内側クラッド１２の屈折率よりも低い。
　なお、本明細書において、例えば増幅用光ファイバのような内側クラッドと外側クラッドとを有する光ファイバにおいて単にクラッドと記す場合、特に明示のない限り内側クラッドを意味する。
　本実施形態において、コア１１は、例えば、励起光源２０から出射する励起光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）が活性元素として概ね１ｗｔ％添加された石英から成る。また、内側クラッド１２は、例えば、何らドーパントが添加されない純粋石英から成る。このような構成により、本実施形態では、コア１１の屈折率ｎ1とクラッド１２の屈折率ｎ2との比屈折率差Δが０．０６％程度以上０．１５％程度以下となっている。上記比屈折率差Δは以下の式（１）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
　また、コアの開口数ＮＡは、下記の式（２）によって表され、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
コア１１の半径をａ（ｍ）、クラッド１２の半径をｂ（ｍ）とすると、本実施形態における開口数ＮＡは、下記の式（３）を満たす。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
なお、式（３）については後に詳細に説明する。
　また、本実施形態においてコア１１を伝搬する光には後述する第１ＦＢＧ３５、第２ＦＢＧ４５の構成により波長１０７０ｎｍの光が含まれ、少なくとも基本モードであるＬＰ０１モードの光がコア１１を伝搬する。なお、コア１１を伝搬する光がＬＰ０１モードの光のみである場合、光のビーム品質を表すＭ2の値は１であり、コア１１を伝搬する光のモード数が増えるに従ってＭ2の値が大きくなる。したがって、光ファイバに入射する際の光のＭ2の値と当該光ファイバから出射する際の光のＭ2の値との差ΔＭ2の値が大きい程、光ファイバから出射する光のビーム品質が悪化していることを意味する。
　外側クラッド１３は、樹脂または石英から成り、樹脂としては例えば熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂が挙げられ、石英としては例えば内側クラッド１２よりもさらに屈折率が低くなるように屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英が挙げられる。また、被覆層１４を構成する材料としては、例えば、熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂が挙げられ、外側クラッド１３が樹脂の場合、被覆層１４は外側クラッド１３を構成する樹脂とは異なる熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂であってもよい。
　増幅用光ファイバ１０は、所定の曲げ半径Ｒ（ｍ）で曲げられる屈曲部を含んでいる。本実施形態では、屈曲部の曲げ半径Ｒに対するクラッド１２の半径ｂ（ｍ）の比率は概ね１％であり、屈曲部の曲げ半径Ｒはクラッド１２の半径ｂの概ね１００倍の大きさである。
　ところで、光ファイバのコアを伝搬し得る光のモード数は、下記式（４）で規定されるＶ値で判断することができる。このＶ値は導波路パラメータと呼ばれ、Ｖ値が大きい程コアを伝搬し得る光のモード数が多いことを意味する。また、このＶ値は、光ファイバの屈曲部の曲率が大きくなるに従って小さくなる傾向がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
なお、式（４）において、λはコアを伝搬する光の波長を表し、本実施形態では１０７０ｎｍである。
　本実施形態において、増幅用光ファイバ１０は、上記Ｖ値が下記式（５）を満たす様に構成されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011
なお、式（５）については後に詳細に説明する。
　また、増幅用光ファイバ１０は、波長１０７０ｎｍのＬＰ０１モードの光の実効断面積Ａeffが５００μｍ2以上となるように構成されている。
　図１に示すように、励起光源２０は、複数のレーザダイオード２１と、レーザダイオード２１のそれぞれに接続される光ファイバ２５とを有する。各レーザダイオード２１は、例えば波長が９００ｎｍ帯の光を出射する。光ファイバ２５は、いわゆるシングルクラッド構造であり、コアと、このコアの外周面を隙間なく囲み、コアよりも屈折率の低いクラッドと、クラッドを覆う被覆とを含んでいる。それぞれの光ファイバ２５は、光コンバイナ５０を介して光ファイバ３０の一端に光学的に接続されている。
　光ファイバ３０は、増幅用光ファイバ１０と同様にダブルクラッド構造である。光ファイバ３０のコアは、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等の元素が添加された石英により形成される。また、内側クラッドは、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英により形成される。また、外側クラッドは、樹脂または石英から成る。外側クラッドを形成する樹脂としては、例えば、熱硬化樹脂又は紫外線硬化樹脂が挙げられる。外側クラッドを形成する石英としては、例えば、内側クラッドよりもさらに屈折率が低くなるように屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英が挙げられる。被覆は、例えば、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂により形成される。なお、被覆層１４が樹脂から形成される場合、例えば、外側クラッドを構成する樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂が用いられる。
　光ファイバ３０の内側クラッドの一方側の端部は、光コンバイナ５０を介して光ファイバ２５のそれぞれのコアと光学的に接続されている。一方、光ファイバ３０の内側クラッドの他方側の端部は、増幅用光ファイバ１０のクラッド１２に光学的に接続されている。
　本実施形態において、光ファイバ３０は、コアの半径ａ、クラッドの半径ｂ、開口数ＮＡ、及び実効断面積Ａeffが増幅用光ファイバ１０のコアの半径ａ、クラッドの半径ｂ、開口数ＮＡ、及び実効断面積Ａeffとそれぞれ同一になるように構成されており、上記式（３）を満たす様に構成されている。
　デリバリファイバ４０は、シングルクラッド構造であり、コアと、このコアの外周面を隙間なく囲み、コアよりも屈折率の低いクラッドと、クラッドを覆う被覆とを含んでいる。デリバリファイバ４０のクラッドの一方側の端部は、増幅用光ファイバ１０のクラッド１２に光学的に接続されている。また、デリバリファイバ４０のコアの一方側の端部は、増幅用光ファイバ１０のコアに光学的に接続されている。一方、デリバリファイバ４０の他方側の端部には、例えば石英からなる出力端５１が取り付けられている。
　本実施形態において、デリバリファイバ４０は、コアの半径ａ、クラッドの半径ｂ、開口数ＮＡ、及び実効断面積Ａeffが増幅用光ファイバ１０のコアの半径ａ、クラッドの半径ｂ、開口数ＮＡ、及び実効断面積Ａeffとそれぞれ同一になるように構成されており、上記式（３）を満たす様に構成されている。また、デリバリファイバ４０は、増幅用光ファイバ１０と概ね同一の曲げ半径Ｒで曲げられる屈曲部を含んでおり、上記式（５）を満たす様に構成されている。
　第１ＦＢＧ３５は、光ファイバ３０のコアに設けられている。この第１ＦＢＧ３５は、増幅用光ファイバ１０のコア１１と光学的に結合しており、光ファイバ３０の長手方向に沿って周期的に屈折率が高くなる部分が繰り返された構成を有する。この周期が調整されることによって、励起状態とされた増幅用光ファイバ１０の活性元素が放出する光のうち、少なくとも一部の波長の光が反射される。第１ＦＢＧ３５の反射率は、後述の第２ＦＢＧ４５の反射率よりも高く、活性元素が放出する光のうち所望の波長の光を例えば９９％以上で反射する。本実施形態において、第１ＦＢＧ３５が反射する光の波長は概ね１０７０ｎｍである。
　第２ＦＢＧ４５は、デリバリファイバ４０のコアに設けられている。この第２ＦＢＧ４５は、増幅用光ファイバ１０のコア１１と光学的に結合しており、デリバリファイバ４０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た構成を有する。第２ＦＢＧ４５は、第１ＦＢＧ３５が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を第１ＦＢＧ３５よりも低い反射率で反射する。本実施形態において、第２ＦＢＧ４５は、第１ＦＢＧ３５が反射する波長１０７０ｎｍの光を例えば５％～５０％の反射率で反射する。
　次に、本実施形態のファイバレーザ装置１の動作について説明する。
　ファイバレーザ装置１では、まず、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から励起光が出射される。そして、それぞれのレーザダイオード２１から出射された励起光は、光ファイバ２５のコアを伝搬して、光コンバイナ５０において合波される。合波された励起光は、光ファイバ３０の内側クラッドを伝搬する。
　上記励起光は、増幅用光ファイバ１０のクラッド１２に入射してクラッドモード光となる。このクラッドモード光は、主にクラッド１２を伝搬して増幅用光ファイバ１０のコア１１を通過する。こうして、当該コア１１に入射するクラッドモード光の一部は、コア１１に添加されている活性元素であるイッテルビウムに吸収され、その結果、当該活性元素が励起される。こうして、増幅用光ファイバ１０に入射するクラッドモード光が励起光となり、当該励起光によっ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、活性元素がイッテルビウムである場合、主に１０７０ｎｍの波長帯域の光である。この自然放出光は、増幅用光ファイバ１０のコア１１を伝搬して、主に波長１０７０ｎｍの光が第１ＦＢＧ３５により反射される。また、第１ＦＢＧ３５で反射された波長１０７０ｎｍの光が第２ＦＢＧ４５で反射される。こうして、増幅用光ファイバ１０と、第１ＦＢＧ３５と、第２ＦＢＧ４５とによって共振器が構成され、この共振器内を主に波長１０７０ｎｍの光が往復する。そして、第１ＦＢＧ３５及び第２ＦＢＧ４５で反射される光が増幅用光ファイバ１０のコア１１を伝搬するときに、誘導放出が生じて主に波長１０７０ｎｍの光が増幅され、共振器内における利得と損失が等しくなったところでレーザ発振状態となる。そして、このような共振器内で発振する波長１０７０ｎｍの光の一部が、第２ＦＢＧ７２を透過して、レーザ光としてデリバリファイバ４０のコアを伝搬する。最終的に、このレーザ光は出力端５１から外部に出射され、例えば加工対象物などに照射されて加工対象物の加工に寄与する。
　このようなファイバレーザ装置１の増幅用光ファイバ１０、光ファイバ３０、及びデリバリファイバ４０は、上述のように式（３）を満たす様に構成されている。このような構成により、ファイバレーザ装置１から出射する波長１０７０ｎｍの光のＭ2の値が１．５を超えない程度にビーム品質の悪化が抑制されている。以下、この点について説明する。
　本発明者は、光ファイバのコアを伝搬する光のモード結合について鋭意研究したところ、このようなモード結合は、コアの半径、クラッドの半径、及びコアの開口数ＮＡに依存する傾向があることを見出し、この点を実証するためにさらに研究を重ねた。
　非特許文献２（R. Olshansky, “Distortion Losses in Cabled Optical Fibers,” Appl. Opt. 14, (1975) ）には、所定の外乱を受けた際のシングルモードファイバの損失γが下記の式（６）で表わされることが記載されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
式（６）において、ｋｇは定数であり、Ｅｅは光ファイバの被覆のヤング率であり、Ｅｆは光ファイバのコア及びクラッドからなるガラス部のヤング率である。なお、比屈折率差Δは、上記式（１）及び上記式（２）に基づいて、下記式（７）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013
ここで、波長１０７０ｎｍの光がコアを伝搬し、かつ、上記のように比屈折率差Δが０．０６％程度以上０．１５％程度以下のような微小値である場合、式（７）におけるコアの屈折率ｎ1は１．４５と考えて差し支えない。
　ところで、本発明者は、フューモードファイバにおいては、所定の長さを伝搬する間に受ける外乱によって生じる基本モードの損失分のパワーが高次モードに結合すると考えた。基本モードが高次モードに結合すると、ビーム品質が悪化して、ΔＭ2の値が大きくなる傾向がある。そこで、本発明者は、上記式（６）におけるシングルモードファイバの損失γは、フューモードファイバにおいては光のビーム品質の差ΔＭ2として表し得ると考えた。また、本発明者は、フューモードファイバでは、基本モードの高次モードへの結合は光ファイバが長い程大きく、ΔＭ2は光ファイバの長さＬ（ｍ）に比例すると考えた。なお、被覆のヤング率Ｅｅの相違及びガラス部のヤング率Ｅｆの相違は、フューモードファイバにおけるモード結合に殆ど影響を及ぼさず、ΔＭ2の変化に殆ど影響を及ぼさないことが確認されている。
　これらの点から、本発明者は、上記式（７）を上記式（６）に代入してΔを消去した式を基にして、ΔＭ2を表す下記式（８）を仮定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014
式（８）において、Ａは定数であり、ｎ1、ｋｇ、Ｅｅ、及びＥｆを成分とする。なお、ｎ1の値は上述のように１．４５である。また、上述のように、Ｅｅ及びＥｆはΔＭ2の変化に殆ど影響を及ぼさないため、Ｅｅ及びＥｆは定数と見做し得る。
　次に、コアの直径２ａが２８×１０-6ｍ、クラッドの直径２ｂが３２０×１０-6ｍ、コアの開口数ＮＡが０．０７１、全長Ｌが２６ｍの光ファイバを準備し、この光ファイバに波長１０７０ｎｍの光を伝搬させたときのΔＭ2を実測した。その結果、ΔＭ2の値は０．０１５であった。そこで、式（８）にａ＝１４×１０-6ｍ、ｂ＝１６０×１０-6ｍ、ＮＡ＝０．０７１、Ｌ＝２６ｍを代入して定数Ａを求めたところ、当該定数Ａは３．２４×１０-14であった。この定数Ａの値を式（８）に代入すると、下記式（９）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015
　次に、下記表１に示す光ファイバのサンプル１～４を準備し、これらサンプル１～４に波長１０７０ｎｍの光を伝搬させたときのΔＭ2の実測値と、式（９）から算出されるΔＭ2の見積値とを比較した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000016
　この比較の結果を以下の表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000017
　表２に示すように、サンプル１～４のそれぞれにおける実測値と見積値とは概ね同じであった。したがって、光ファイバのΔＭ2を式（９）に基づいて算出できることが確認された。
　一般的なファイバレーザ装置において、共振器内で生じる光が導波する部分における光ファイバの長さは概ね４０ｍ以下である。本実施形態のファイバレーザ装置１において、共振器内で生じる光が導波する部分は、第１ＦＢＧ３５から出力端５１までの部分に相当する。共振器内で発振してファイバレーザ装置から出射する光には、共振器内で生じる光が導波する部分を往復する光が含まれる。このため、ファイバレーザ装置から出射する光のＭ2の値は、上記部分を往復せずに片道４０ｍだけ伝搬して出射する場合におけるＭ2の値に比べて大きくなる傾向がある。しかし、この片道を伝搬した際の光のΔＭ2の値が０．１以下であれば、ファイバレーザ装置から出射する光のＭ2の値が概ね１．５になり得る。出射する光のＭ2の値が概ね１．５であれば、通常のファイバレーザ装置において要求される性能を満たし得る。そこで、式（９）にＬ＝４０ｍ、ΔＭ2≦０．１を代入して上記式（３）を得た。
　この式（３）を満たす様にコアの半径ａ、クラッドの半径ｂ、及び開口数ＮＡを調整すれば、コアを４０ｍ伝搬した後の波長１０７０ｎｍの光のΔＭ2の値を０．１以下にし得、単位長さ１ｍ当たりのビーム品質の悪化を０．００２５以下にし得る。したがって、ファイバレーザ装置から出射する光のＭ2の値が１．５を超えない程度にビーム品質の悪化を抑制することができる。
　また、上述のように、ファイバレーザ装置１の増幅用光ファイバ１０及びデリバリファイバ４０は、上記式（５）を満たす様に構成されている。このような構成により、増幅用光ファイバ１０及びデリバリファイバ４０のそれぞれの屈曲部の曲げ半径Ｒをクラッドの半径ｂの１００倍以上にする場合にＬＰ０３モードの光をカットオフすることができ、ビーム品質の悪化を抑制することができる。以下、この点について説明する。
　ファイバレーザ装置では、一般的に、例えば増幅用光ファイバとデリバリファイバとの融着部など、光ファイバ同士の融着部が存在する。なお、本実施形態における融着部として、上述の融着部ＦＰ１及び融着部ＦＰ２が挙げられる。このような融着部では、仮に光ファイバ同士の軸ずれや角度ずれが無い場合でも、基本モードの光がＬＰ０３モード等の軸対称の高次モードに結合する傾向がある。このため、ファイバレーザ装置では、光ファイバを所定の曲げ半径で曲げて軸対称の高次モードを除去する要請がある。なお、ファイバレーザ装置では、一般的に、光ファイバの破断確率を低くする等の観点から光ファイバの曲げ半径Ｒ（ｍ）に対するクラッドの半径ｂ（ｍ）の比率を２％以下にすることが好ましい。このような曲げ半径Ｒは、クラッドの半径ｂの５０倍以上の曲げ半径に相当する。
　非特許文献３（R. T. Schermer, “Mode scalability in bent optical fibers,” Optics Express, vol. 15, no. 24, p. 15674, Nov. 2007. ）には、所定の曲げ半径Ｒで光ファイバを曲げたときの規格化伝搬定数ＢRが下記式（１０）で表されることが記載されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000018
なお、式（１０）において、ｋcladはクラッドの波数、ｎ2はクラッドの屈折率、Ｂsは光ファイバが曲げられていない直線状態における規格化伝搬定数である。また、式（１０）におけるＶは上述のＶ値を意味し、上記式（４）から算出することができる。
　ここで、直線状態における規格化伝搬定数Ｂsは、コアを伝搬する光のモード毎に、コアの半径ａ（ｍ）と、コアとクラッドとの比屈折率差Δとから実測により求めることができる。規格化伝搬定数ＢRが０の場合、そのモードはコアを導波することができず、カットオフされる。そこで、実測により求めたＬＰ０３モードの光のＢsの値を式（１０）に代入して得られる式に基づいて、Ｖ値を変化させ、光ファイバの曲げ半径Ｒに対するＢRの値の変化を計算した。その後、クラッドの半径をｂ（ｍ）としたときに上記比率が１％以下となる曲げ半径ＲでＢRの値が０になる時のＶ値の範囲を求めたところ、上記式（５）を得た。したがって、式（５）を満たす様に光ファイバを形成すれば、クラッドの半径ｂの１００倍以上の曲げ半径Ｒで光ファイバを曲げる場合に波長１０７０ｎｍのＬＰ０３モードの光をカットオフし得る。
　ところで、上記非特許文献１に開示されるクラッドの半径が３２５μｍの光ファイバを、当該光ファイバの曲げ半径に対するクラッドの半径の比率が０．０９％である３５０ｍｍの曲げ直径で曲げる場合、ＬＰ０１モードの光が概ね１０ｄＢ／ｍも損失するため、このような光ファイバの曲げは許容されない。本発明者は、非特許文献１に記載された条件と同様の条件で本実施形態の光ファイバを曲げて、当該光ファイバのコアを伝搬するＬＰ０１モードの光の損失を調べた。その結果、本実施形態の光ファイバを伝搬するＬＰ０１モードの光の損失は概ね０．００１ｄＢ／ｍであった。０．００１ｄＢ／ｍの光の損失は、非特許文献１の光ファイバにおける光の損失１０ｄＢ／ｍに比べて極めて小さい。このため、本発明の光ファイバによれば、非特許文献１では許容されない上記曲げが許容される。
　また、上述のように、ファイバレーザ装置１の増幅用光ファイバ１０、光ファイバ３０、及びデリバリファイバ４０は、波長１０７０ｎｍの光の基本モードの実効断面積Ａeffが５００μｍ2以上となるように構成されている。実効断面積Ａeffが５００μｍ2以上であれば、誘導ラマン散乱が発生しにくい傾向がある。このため、ファイバレーザ装置１によれば、増幅用光ファイバ１０、光ファイバ３０、及びデリバリファイバ４０において誘導ラマン散乱の発生を抑制することができる。
　ところで、クラッドの半径ｂが定数の場合、式（３）、式（５）、及び実効断面積Ａeffは、横軸をコアの半径ａ（ｍ）、縦軸をコアの開口数ＮＡとする座標系で表すことができる。図３から図５は、クラッドの半径ｂ（ｍ）がそれぞれ２．０×１０-4、３．０×１０-4、４．０×１０-4である場合における式（３）、式（５）、及びＡeffを表す。図３から図５のそれぞれにおいて、太線はＡeff＝５００μｍ2でのコアの半径ａ（ｍ）と開口数ＮＡとの関係を示し、細線は式（５）において左辺＝右辺である場合でのコアの半径ａ（ｍ）と開口数ＮＡとの関係を示し、破線は式（３）において左辺＝右辺である場合でのコアの半径ａ（ｍ）と開口数ＮＡとの関係を示す。式（３）、式（５）、及び実効断面積Ａeff≧５００μｍ2を満たす範囲は、これら太線、細線、及び破線で囲まれる領域Ｓで表される。
　なお、実効断面積Ａeffは、６００μｍ2以上であることがより好ましい。この場合、実効断面積Ａeffが５００μｍ2以上かつ６００μｍ2よりも小さい場合に比べて、誘導ラマン散乱を抑制することができる。図６から図８は、クラッドの半径ｂ（ｍ）がそれぞれ２．０×１０-4、３．０×１０-4、４．０×１０-4である場合における式（３）、式（５）、及びＡeffを表す。図６から図８のそれぞれにおいて、太線はＡeff＝６００μｍ2でのコアの半径ａ（ｍ）と開口数ＮＡとの関係を示し、細線は式（５）において左辺＝右辺である場合でのコアの半径ａ（ｍ）と開口数ＮＡとの関係を示し、破線は式（３）において左辺＝右辺である場合でのコアの半径ａ（ｍ）と開口数ＮＡとの関係を示す。式（３）、式（５）、及び実効断面積Ａeff≧６００μｍ2を満たす範囲は、これら太線、細線、及び破線で囲まれる領域Ｓで表される。
　また、実効断面積Ａeffは、８００μｍ2以上であることがさらに好ましい。この場合、実効断面積Ａeffが６００μｍ2以上かつ８００μｍ2よりも小さい場合に比べて、誘導ラマン散乱を抑制することができる。図９から図１１は、クラッドの半径ｂ（ｍ）がそれぞれ２．０×１０-4、３．０×１０-4、４．０×１０-4である場合における式（３）、式（５）、及びＡeffを表す。図９から図１１のそれぞれにおいて、太線はＡeff＝８００μｍ2でのコアの半径ａ（ｍ）と開口数ＮＡとの関係を示し、細線は式（５）において左辺＝右辺である場合でのコアの半径ａ（ｍ）と開口数ＮＡとの関係を示し、破線は式（３）において左辺＝右辺である場合でのコアの半径ａ（ｍ）と開口数ＮＡとの関係を示す。式（３）、式（５）、及び実効断面積Ａeff≧８００μｍ2を満たす範囲は、これら太線、細線、及び破線で囲まれる領域Ｓで表される。
　本実施形態によれば、図３から図１１に示す領域Ｓの範囲を満たすように光ファイバを曲げることにより、ＬＰ０３モードの光がカットオフされるとともに、ＬＰ０１モードの光がコアを伝搬する。
　また、Ｖ値は下記式（１１）を満たしてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000019
　式（１１）は、光ファイバの曲げ半径に対するクラッドの半径ｂの比率が１％以下となる曲げ半径Ｒ（ｍ）で光ファイバを曲げたときに波長１０７０ｎｍのＬＰ０２モードの光がカットオフされるＶ値の範囲を示す。したがって、式（１１）を満たすことにより、ＬＰ０３モードの光に加えて、ＬＰ０２モードの光がさらにカットオフされ得る。よって、式（１１）を満たすことによって、ビーム品質がさらに向上し得る。
　図１２から図１４は、クラッドの半径ｂ（ｍ）がそれぞれ２．０×１０-4、３．０×１０-4、４．０×１０-4である場合における式（３）、式（１１）、及びＡeffを表す。図１２から図１４のそれぞれにおいて、太線はＡeff＝５００μｍ2でのコアの半径ａ（ｍ）と開口数ＮＡとの関係を示し、細線は式（１１）において左辺＝右辺である場合でのコアの半径ａ（ｍ）と開口数ＮＡとの関係を示し、破線は式（３）において左辺＝右辺である場合でのコアの半径ａ（ｍ）と開口数ＮＡとの関係を示す。式（３）、式（１１）、及び実効断面積Ａeff≧５００μｍ2を満たす範囲は、これら太線、細線、及び破線で囲まれる領域Ｔで表される。
　本実施形態のファイバレーザ装置１によれば、図１２から図１４に示す領域Ｔの範囲を満たすように光ファイバを曲げることにより、ＬＰ０３モードの光及びＬＰ０２モードの光がカットオフされるとともに、ＬＰ０１モードの光がコアを伝搬する。
　また、コアの開口数ＮＡが０．０５以上であることが好ましい。このように光ファイバを構成すれば、開口数ＮＡが０．０５よりも小さい場合に比べて、外乱によるモード結合を抑制することができる。
　以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
　例えば、光ファイバ３０のうち第１ＦＢＧ３５よりも増幅用光ファイバ１０側の部分に式（５）及び式（１１）の一方を満たすような屈曲部を設けてもよい。これにより、ビーム品質をより向上させ得る。
　また、光ファイバ３０、増幅用光ファイバ１０、及びデリバリファイバ４０のコアの半径ａは同一でなくてもよいし、光ファイバ３０、増幅用光ファイバ１０、及びデリバリファイバ４０のクラッドの半径ｂは同一でなくてもよいし、光ファイバ３０、増幅用光ファイバ１０、及びデリバリファイバ４０の開口数ＮＡは同一でなくてもよいし、光ファイバ３０、増幅用光ファイバ１０、及びデリバリファイバ４０における実効断面積Ａeffも同一でなくてもよい。
　また、式（３）を満たし、式（５）及び式（１１）の一方を満たし、かつ、実効断面積Ａeffが５００μｍ2以上となるように構成される光ファイバは、例えば、増幅用光ファイバ１０だけであってもよいし、デリバリファイバ４０だけであってもよい。
　また、増幅用光ファイバ１０の構成は上記実施形態に限られない。コア１１には屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）などの元素が添加されてもよいし、クラッド１２には屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）などの元素が添加されてもよい。また、コア１１に添加される活性元素は、イッテルビウムに限られず、他の希土類元素でもよい。このような希土類元素としては、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（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）等を挙げることができる。
　また、ファイバレーザ装置の構成は上記実施形態に限定されず、例えば、ＭＯＰＡ型のファイバレーザ装置であってもよい。
　次に、実施例及び比較例を挙げて上記実施形態をより具体的に説明するが、本発明は以下の内容に限定されるものではない。
（実施例１）
　上記実施形態と同様の構成を有するファイバレーザ装置１を用いて本例を行った。このファイバレーザ装置１の光ファイバ３０、増幅用光ファイバ１０、及びデリバリファイバ４０のコアの直径２ａはそれぞれ３１μｍであり、クラッドの直径２ｂはそれぞれ４００μｍであり、開口数ＮＡはそれぞれ０．０７１であった。光ファイバ３０、増幅用光ファイバ１０、及びデリバリファイバ４０は、式（３）を満たすように形成された。また、光ファイバ３０、増幅用光ファイバ１０、及びデリバリファイバ４０の実効断面積Ａeffはそれぞれ５５０μｍ2であった。また、増幅用光ファイバ１０及びデリバリファイバ４０の一部に、曲げ半径Ｒが２０ｍｍの屈曲部を形成した。増幅用光ファイバ１０及びデリバリファイバ４０は、式（５）を満たすように形成された。このファイバレーザ装置１を用いて波長１０７０ｎｍの光を発振させ、出力端５１から出射するレーザ光のＭ2の値を測定したところ、１．３であった。このように、本例におけるＭ2の値は１．５よりも小さかった。
　なお、本例では、光ファイバ３０に屈曲部が形成されていない。このため、光ファイバ３０における第１ＦＢＧ３５よりも増幅用光ファイバ１０側の部分に増幅用光ファイバ１０及びデリバリファイバ４０と同様の屈曲部を形成することによって、Ｍ2の値がより１に近くなると考えられる。
（実施例２）
　上記実施形態と同様の構成を有するファイバレーザ装置１を用いて本例を行った。このファイバレーザ装置１の光ファイバ３０、増幅用光ファイバ１０、及びデリバリファイバ４０のコアの直径２ａはそれぞれ３６μｍであり、クラッドの直径２ｂはそれぞれ４００μｍであり、開口数ＮＡはそれぞれ０．０７７であった。光ファイバ３０、増幅用光ファイバ１０、及びデリバリファイバ４０は、式（３）を満たすように形成された。また、光ファイバ３０、増幅用光ファイバ１０、及びデリバリファイバ４０の実効断面積Ａeffはそれぞれ６２０μｍ2であった。また、増幅用光ファイバ１０及びデリバリファイバ４０の一部に、曲げ半径Ｒが２０ｍｍの屈曲部を形成した。増幅用光ファイバ１０及びデリバリファイバ４０は、式（５）を満たすように形成された。このファイバレーザ装置１を用いて波長１０７０ｎｍの光を発振させ、出力端５１から出射するレーザ光のＭ2の値を測定したところ、１．４であった。このように、本例におけるＭ2の値は１．５よりも小さかった。
　なお、本例では、光ファイバ３０に屈曲部が形成されていない。このため、光ファイバ３０における第１ＦＢＧ３５よりも増幅用光ファイバ１０側の部分に増幅用光ファイバ１０及びデリバリファイバ４０と同様の屈曲部を形成することによって、Ｍ2の値がより１に近くなると考えられる。
（比較例）
　上記実施形態と同様の構成を有するファイバレーザ装置１を用いて本例を行った。このファイバレーザ装置１の光ファイバ３０、増幅用光ファイバ１０、及びデリバリファイバ４０におけるコアの直径２ａは５５μｍであり、クラッドの直径２ｂは７００μｍであり、開口数ＮＡは０．０８２であった。本例における光ファイバ３０、増幅用光ファイバ１０、及びデリバリファイバ４０は、式（３）を満たさないように形成された。また、本例における光ファイバ３０、増幅用光ファイバ１０、及びデリバリファイバ４０には、式（５）及び式（１１）の一方を満たすような屈曲部を設けなかった。このファイバレーザ装置１を用いて波長１０７０ｎｍの光を発振させ、出力端５１から出射するレーザ光のＭ2の値を測定したところ、１．９であった。このように、本例におけるＭ2の値は１．５よりも大きく、実施例１，２におけるＭ2の値よりも大きかった。
　以上のように、式（３）を満たさず、かつ、式（５）及び式（１１）のいずれも満たさない比較例ではファイバレーザ装置から出射する波長１０７０ｎｍの光のＭ2の値が１．５よりも大きくなるのに対し、式（３）及び式（５）を満たす実施例１及び実施例２では、当該光のＭ2の値が１．５よりも小さくなることが実証された。
　本発明によれば、ビーム品質の悪化及び誘導ラマン散乱の発生を抑制し得るとともに曲率の大きな曲げが許容される光ファイバ、及び、当該光ファイバを備えるファイバレーザ装置が提供され、例えばレーザ加工の分野などにおいて利用可能である。

Claims (6)

  1. 　コア及びクラッドを有する光ファイバであって、
    　前記コアを伝搬する波長１０７０ｎｍの基本モードの光の実効断面積Ａeffが５００μｍ2以上であり、
    　前記コアの半径をａ（ｍ）、前記クラッドの半径をｂ（ｍ）とする場合に、前記コアの開口数ＮＡが下記式を満たし、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
    　前記光ファイバの導波路パラメータであるＶ値が下記式を満たす
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
    ことを特徴とする光ファイバ。
  2. 　前記実効断面積Ａeffが６００μｍ2以上である
    ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 　前記実効断面積Ａeffが８００μｍ2以上である
    ことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ。
  4. 　前記Ｖ値が下記式を満たす
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバ。
  5. 　前記開口数ＮＡが０．０５以上である
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光ファイバ。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の光ファイバを備える
    ことを特徴とするファイバレーザ装置。
     

     
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